Mit der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, wie ein Verständnis von transversalen Moden in optischen Resonatoren, speziell einem Überhöhungsresonator und einer periodischen Anordnung oder Multipass-Zelle (MPC) es erlaubt, neue Lösungsansätze zur Überwindung von Limitierungen zu finden und umzusetzen.

Im Fall des Überhöhungsresonators wird gezeigt, wie die Kombination von gleichzeitig resonanten transversalen Moden in einem quasi-abbildenden Resonator genutzt werden kann, um eine geometrische Auskopplung von Resonator-intern erzeugten Harmonischen zu erreichen. Mit der einfachen Schlitzmode als Kombination der Gauß-Hermite-Moden GH_0,0 und GH_4,0 wurden Harmonische erzeugt und durch einen Schlitzspiegel ausgekoppelt. Das Schema ist leistungsskalierbar und ergibt eine große Auskoppeleffizienz.

Im Rahmen der Arbeit wurde ein neuartiges Schema zur nichtlinearen Pulskompression entwickelt, das einen Parameterbereich erschließt, der mit etablierten Konzepten, die auf spektraler Verbreiterung in einem Wellenleiter beruhen, nicht erreichbar ist. Die spektrale Verbreiterung mittels Selbstphasenmodulation in einer Multipass-Zelle (MPCSB) ermöglicht es, Pulse mit einer Pulsspitzenleistung größer als die kritische Leistung für Selbstfokussierung des nichtlinearen Mediums zu komprimieren. Im Gegensatz zur spektralen Verbreiterung im Einfachdurchgang durch ein nichtlineares Medium wird dabei eine über dem Strahlprofil homogene spektrale Verbreiterung sowie eine große Effizienz erreicht. Das Schema ist gleichzeitig geeignet für große mittlere Leistungen, nicht beugungsbegrenzte Strahlung und ist unempfindlich gegen Schwankungen der Strahllage. Die MPC ist so ausgelegt, dass sie den Einfluss der unvermeidbar mit der Selbstphasenmodulation einhergehenden Kerrlinse auf die transversale Mode des Strahls begrenzt und eine resonante Kopplung an höhere transversale Moden vermeidet.

Das Kompressionsschema ermöglichen u.a. eine Skalierung der treibenden Leistung bei der Resonator-unterstützen Erzeugung hoher Harmonischer und stellt damit zusammen mit der geometrischen Auskopplung einen wichtigen Schritt zur Realisierung eines XUV-Frequenzkamms dar, der die Spektroskopie des 1s-2s Übergangs in He⁺ und damit einen Test der Quantenelektrodynamik erlauben wird.