Kerr-Linse

Die Bildung einer Kerr-Linse (nach John Kerr) ist ein Effekt der nichtlinearen Optik und beruht auf dem Kerr-Effekt.

Erklärung

Hängt in einem nichtlinearen Medium die Brechzahl n linear von der Intensität I des Lichtes ab, so gilt (Kerr-Effekt):

$n(I) = n_0 + n_2 \cdot I.$

n₀ ist die Brechzahl bei Abwesenheit von Licht, n₂ ist der 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 der Brechzahl am höchsten, während sie in den Randbereichen kleiner ist. Für positives n₂ führt dies zu Selbstfokussierung, für negatives n₂ zu Selbstdefokussierung.

Beispiel: Gauß'scher Strahl

Ist speziell das Strahlprofil gaußförmig, lässt sich für das Medium eine Brennweite f angeben:

$f = \frac{\pi w^4}{4n_2 d P}.$

w ist der Strahlradius, d die Dicke des Mediums, P ist die Leistung des Lasers.

Anwendung

Die Kerr-Linse im Titan-Saphir-Laser sorgt für den stabilen Ultrakurzpuls-Betrieb. Mit Linsen wird das Licht im Resonator gezielt so aufgeweitet, dass nur die von der Kerrlinse fokussierten ultrakurzen Pulse mit hoher Intensität verlustfrei von Endspiegel zu Endspiegel reflektiert werden. Die cw-Anteile werden dagegen aufgeweitet und erfahren dadurch höhere Verluste, weshalb sich die Pulse im Resonator durchsetzen.

Weblinks

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