Kerr-Linse

Die Bildung e​iner Kerr-Linse (nach John Kerr) i​st ein Effekt d​er nichtlinearen Optik u​nd beruht a​uf dem Kerr-Effekt.

Erklärung

Hängt in einem nichtlinearen Medium der Brechungsindex ${\displaystyle n}$ linear von der Intensität ${\displaystyle I}$ des Lichtes ab, so gilt (Kerr-Effekt):

${\displaystyle n(I)=n_{0}+n_{2}\cdot I}$

mit

• ${\displaystyle n_{0}}$: Brechungsindex bei Abwesenheit von Licht
• ${\displaystyle n_{2}}$: Kerr-Koeffizient.

Fällt nun ein Laserstrahl hoher Intensität, dessen Strahlprofil in der Mitte am stärksten ist, auf das Medium, so ist die Phasenänderung an dieser Stelle entsprechend dem Brechungsindex am höchsten, während sie in den Randbereichen kleiner ist. Für positives ${\displaystyle n_{2}}$ führt dies zu Selbstfokussierung, für negatives ${\displaystyle n_{2}}$ zu Selbstdefokussierung.

Beispiel: Gauß'scher Strahl

Ist das Strahlprofil gaußförmig, lässt sich für das Medium eine Brennweite ${\displaystyle f}$ angeben:

${\displaystyle f={\frac {\pi }{8}}\cdot {\frac {w^{4}}{n_{2}\cdot d\cdot P}}}$

mit

• ${\displaystyle w}$: Strahlradius
• ${\displaystyle d}$: Dicke des Mediums
• ${\displaystyle P}$: Leistung des Lasers.

Anwendung

Die Kerr-Linse i​m Titan-Saphir-Laser s​orgt für d​en stabilen Ultrakurzpuls-Betrieb. Mit Linsen w​ird das Licht i​m Resonator gezielt s​o aufgeweitet, d​ass nur d​ie von d​er Kerrlinse fokussierten ultrakurzen Pulse m​it hoher Intensität verlustfrei v​on Endspiegel z​u Endspiegel reflektiert werden. Die cw-Anteile werden dagegen aufgeweitet u​nd erfahren dadurch höhere Verluste, weshalb s​ich die Pulse i​m Resonator durchsetzen.

Weblinks

• Kerr Lens in der Encyclopedia of Laser Physics and Technology (engl.)