Novel high power THz sources driven by mode-locked thin-disk lasers

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Erzeugung von gepulster THz Strahlung mit hohen Repetitionsraten und Durchschnittsleistungen. Die Entwickelten Strahlungsquellen basieren auf der Frequenzumwandlung eines modengekoppelten Dünnscheibenlasers durch optische Gleichrichtung. Zu diesem Zweck wurde zunächst GaP als Konversionsmedium untersucht, wo 1.35 mW Ausgangsleistung bei einer spektralen Bandbreite bis zu 6 THz erzielt wurden. Daraufhin wurde Lithium Niobat mit der Methode der gekippten Pulsfront untersucht. Hier konnte eine Durchschnittsleistung von bis zu 66 mW bei einer Bandbreite bis 2.7 THz erreicht werden. Dies stellt zurzeit die höchste Leistung einer lasergetriebenen THz-Quelle mit MHz Repetitionsraten dar. Numerische Modelle zeigen, dass die Effizienz dieser Methode momentan durch die spezielle Kombination kleiner Pulsenergien und Strahlgrößen limitiert ist. Durch die Erhöhung der Pulsenergie ist zu erwarten, dass zukünftig Leistungen im Wattbereich verfügbar werden.
This thesis treats the generation of pulsed THz radiation with high repetition rates and average powers. The developed sources are based on frequency conversion of a mode-locked thin-disk laser by optical rectification. In a first experiment, GaP was investigated as conversion medium, which resulted in an average power of 1.35 mW at up to 6 THz spectral bandwidth. Afterwards lithium niobate was used with the tilted pulse front method. An average power of 66 mW with 2.7 THz bandwidth was obtained. This is currently the highest power of a laser-driven THz source with MHz repetition rate. Numerical models show that the efficiency of this method is limited by the special combination of low pulse energies and beam sizes. With higher pulse energies, average powers on the watt level can be expected in the near future.