Generation of energetic femtosecond pulses at high average power

The development of more powerful and more energetic femtosecond laser systems builds the foundation for an even wider application of lasers. Powerful attosecond sources for sensitive experiments and compact high brilliance X-ray sources are only two examples of a vast field of possibilities that can be made accessible. The envisioned lasers with kilowatt scale average powers, hundreds of millijoule of pulse energy and pulse durations down to the few-cycle regime require significant technological advances that are partially introduced in this thesis. The amplification of laser pulses to an energy of 200 mJ with a repetition rate of 5 kHz, a duration of about 1 ps and an average power of 1 kW is demonstrated for the first time using a thin-disk regenerative amplifier. The excellent thermal properties of the thin-disk scheme in combination with a thorough investigation of the amplifier properties and a careful optimization of the design provides a highly stable laser output with an excellent virtually diffraction limited beam quality. This amplifier can be used as nearly ideal pump source for an OPA chain, which is predicted to facilitate few-cycle pulses with energies up to 20 mJ and a multi-kilohertz repetition rate. In a second part an alternative approach to obtain a femtosecond scale pulse duration from the presented amplifier is studied. In one of the first implementations of a multipass nonlinear broadening stage, pulses of about 18 mJ are spectrally broadened with a repetition rate of 5 kHz, and compressibility down to 41 fs is demonstrated. Further pulse energy scaling to 40 mJ and 75 mJ is shown. To the best of the authors knowledge these energies represent the highest energies at which a pulse was spectrally broadened in the multi-kilohertz regime. The proposed approach features unprecedented throughputs over 95% and excellent average power scalability. In contrast to the OPA scheme most of the input pulse energy is transferred into the femtosecond scale pulse and hence less complex source lasers are necessary for a given output pulse energy. The record-breaking results of this thesis constitute an important step for next generation femtosecond laser sources. A simulated extension of the system allows for the generation of a pulse energy of 100 mJ, a pulse duration of tens of femtosecond and a repetition rate of 5 kHz close to the envisioned parameters.Die Entwicklung leistungsfähigerer Femtosekundenlaser mit höherer Pulsenergie und Durchschnittsleistung ermöglicht eine immer weitreichendere Anwendung von Lasersystemen. Die Erzeugung von leistungsstarken Attosekundenpulsen für empfindliche Messreihen und kompakte Röntgenquellen mit hoher Brillanz sind nur zwei denkbare Anwendungen von vielen. Die erhofften Lasersysteme mit Durchschnittsleistungen im Kilowatt Bereich, hunderten von Millijoule Pulsenergie und Pulsdauern von wenigen Femtosekunden basieren auf einer signifikanten Weiterentwicklung bestehender Technologie, die zum Teil Gegenstand dieser Arbeit ist. Mittels eines regenerativen Dünnscheibenverstärkers konnte zum ersten mal die Verstärkung von Laserpulsen bis zu einer Energie von 200 mJ bei einer Wiederholrate von 5 kHz, einer Dauer von circa 1 ps und einer Durchschnittsleistung von 1 kW gezeigt werden. Die ausgezeichneten thermischen Eigenschaften des Dünnscheibenkonzepts in Verbindung mit einer tiefgreifenden Untersuchung der Verstärkereigenschaften und einer sorgfältigen Optimierung des Aufbaus ermöglichen einen hochstabilen Laser mit einem annähernd beugungslimitierten Ausgangsstrahl. Der Verstärker kann als ideale Pumpquelle für einen optischen parametrischen Verstärker (OPV) genutzt werden, der dann die Erzeugung von Pulsen mit einer Energie bis zu 20 mJ und einer Dauer von wenigen Femtosekunden bei einer Wiederholrate von mehreren Kilohertz ermöglichen könnte. Ein alternativer Ansatz zur Erzeugung von Femtosekundenpulsen aufbauend auf dem vorgestellen Lasersystem wird ebenfalls untersucht. In einer der ersten Realisierungen einer nichtlinearen Verbreiterung in einer Multipasszelle konnten Pulse mit einer Energie von 18 mJ bei einer Wiederholrate von 5 kHz spektral verbreitert und deren Komprimierbarkeit auf eine Dauer von 41 fs demonstriert werden. Eine weitere Skalierung bis zu Pulsenergien von 40 mJ und 75 mJ wird gleichfalls gezeigt. Diese Energien sind (soweit bekannt) die höchsten, bei denen ein Puls mit einer Frequenz von mehreren Kilohertz verbreitert wurde. Der vorgestelle Ansatz weist einen beispiellosen Durchsatz von über 95% und eine hervorragende Skalierbarkeit bezüglich der Durchschnittsleistung auf. Im Gegensatz zum OPV Ansatz wird die meiste Eingangsenergie in den erzeugten Femtosekundenpuls überführt, weshalb für eine gegebene Ausgangsenergie weniger komplexe Laserquellen notwendig sind. Die Ergebnisse dieser Arbeit stellen einen bedeutsamen Schritt für die nächste Generation von Femtosekundenlasern dar. Eine simulierte Erweiterung des Systems erlaubt sogar eine höhere Pulsenergie von 100 mJ bei einer Pulsdauer von mehreren zehn Femtosekunden und einer Wiederholrate von 5 kHz

Generation of energetic femtosecond pulses at high average power

The development of more powerful and more energetic femtosecond laser systems builds the foundation for an even wider application of lasers. Powerful attosecond sources for sensitive experiments and compact high brilliance X-ray sources are only two examples of a vast field of possibilities that can be made accessible. The envisioned lasers with kilowatt scale average powers, hundreds of millijoule of pulse energy and pulse durations down to the few-cycle regime require significant technological advances that are partially introduced in this thesis. The amplification of laser pulses to an energy of 200 mJ with a repetition rate of 5 kHz, a duration of about 1 ps and an average power of 1 kW is demonstrated for the first time using a thin-disk regenerative amplifier. The excellent thermal properties of the thin-disk scheme in combination with a thorough investigation of the amplifier properties and a careful optimization of the design provides a highly stable laser output with an excellent virtually diffraction limited beam quality. This amplifier can be used as nearly ideal pump source for an OPA chain, which is predicted to facilitate few-cycle pulses with energies up to 20 mJ and a multi-kilohertz repetition rate. In a second part an alternative approach to obtain a femtosecond scale pulse duration from the presented amplifier is studied. In one of the first implementations of a multipass nonlinear broadening stage, pulses of about 18 mJ are spectrally broadened with a repetition rate of 5 kHz, and compressibility down to 41 fs is demonstrated. Further pulse energy scaling to 40 mJ and 75 mJ is shown. To the best of the authors knowledge these energies represent the highest energies at which a pulse was spectrally broadened in the multi-kilohertz regime. The proposed approach features unprecedented throughputs over 95% and excellent average power scalability. In contrast to the OPA scheme most of the input pulse energy is transferred into the femtosecond scale pulse and hence less complex source lasers are necessary for a given output pulse energy. The record-breaking results of this thesis constitute an important step for next generation femtosecond laser sources. A simulated extension of the system allows for the generation of a pulse energy of 100 mJ, a pulse duration of tens of femtosecond and a repetition rate of 5 kHz close to the envisioned parameters.Die Entwicklung leistungsfähigerer Femtosekundenlaser mit höherer Pulsenergie und Durchschnittsleistung ermöglicht eine immer weitreichendere Anwendung von Lasersystemen. Die Erzeugung von leistungsstarken Attosekundenpulsen für empfindliche Messreihen und kompakte Röntgenquellen mit hoher Brillanz sind nur zwei denkbare Anwendungen von vielen. Die erhofften Lasersysteme mit Durchschnittsleistungen im Kilowatt Bereich, hunderten von Millijoule Pulsenergie und Pulsdauern von wenigen Femtosekunden basieren auf einer signifikanten Weiterentwicklung bestehender Technologie, die zum Teil Gegenstand dieser Arbeit ist. Mittels eines regenerativen Dünnscheibenverstärkers konnte zum ersten mal die Verstärkung von Laserpulsen bis zu einer Energie von 200 mJ bei einer Wiederholrate von 5 kHz, einer Dauer von circa 1 ps und einer Durchschnittsleistung von 1 kW gezeigt werden. Die ausgezeichneten thermischen Eigenschaften des Dünnscheibenkonzepts in Verbindung mit einer tiefgreifenden Untersuchung der Verstärkereigenschaften und einer sorgfältigen Optimierung des Aufbaus ermöglichen einen hochstabilen Laser mit einem annähernd beugungslimitierten Ausgangsstrahl. Der Verstärker kann als ideale Pumpquelle für einen optischen parametrischen Verstärker (OPV) genutzt werden, der dann die Erzeugung von Pulsen mit einer Energie bis zu 20 mJ und einer Dauer von wenigen Femtosekunden bei einer Wiederholrate von mehreren Kilohertz ermöglichen könnte. Ein alternativer Ansatz zur Erzeugung von Femtosekundenpulsen aufbauend auf dem vorgestellen Lasersystem wird ebenfalls untersucht. In einer der ersten Realisierungen einer nichtlinearen Verbreiterung in einer Multipasszelle konnten Pulse mit einer Energie von 18 mJ bei einer Wiederholrate von 5 kHz spektral verbreitert und deren Komprimierbarkeit auf eine Dauer von 41 fs demonstriert werden. Eine weitere Skalierung bis zu Pulsenergien von 40 mJ und 75 mJ wird gleichfalls gezeigt. Diese Energien sind (soweit bekannt) die höchsten, bei denen ein Puls mit einer Frequenz von mehreren Kilohertz verbreitert wurde. Der vorgestelle Ansatz weist einen beispiellosen Durchsatz von über 95% und eine hervorragende Skalierbarkeit bezüglich der Durchschnittsleistung auf. Im Gegensatz zum OPV Ansatz wird die meiste Eingangsenergie in den erzeugten Femtosekundenpuls überführt, weshalb für eine gegebene Ausgangsenergie weniger komplexe Laserquellen notwendig sind. Die Ergebnisse dieser Arbeit stellen einen bedeutsamen Schritt für die nächste Generation von Femtosekundenlasern dar. Eine simulierte Erweiterung des Systems erlaubt sogar eine höhere Pulsenergie von 100 mJ bei einer Pulsdauer von mehreren zehn Femtosekunden und einer Wiederholrate von 5 kHz

Behavioural studies: a necessity for wildlife management

A major concern of behavioural biology has been the study of evolutionary causative processes in animal behaviour, typically focusing on individuals or social groups. Conservation biology, on the other hand, deals with devising tools for the management of wildlife habitats and populations, and typically focuses on ecosystems. We argue that behavioural studies of individual animals in the appropriate social contexts are necessary for, and integral to, the development of effective management plans for any species. We use the results from our studies on lion-tailed macaques from wild habitats in the Western Ghats, and from captive populations in Europe, to demonstrate how information on behaviour and life-history can be incorporated into improved strategies for wildlife management. We explicitly conclude that one of the major goals of wildlife management should be to create conditions that facilitate the expression of the full range of behavioural patterns in the species being managed, so as to increase the likelihood of population stabilization through the optimization of life-history parameters

An endangered species in captivity: husbandry and management of the lion-tailed macaque (Macaca silenus)

The species that are endangered in their wild habitats also need to be maintained as sustainable populations in captivity. The liontailed macaque (Macaca silenus) endemic to the Western ghats of India, is an endangered species. The captive breeding programmes for this species have been taken up in North America, Europe and India. However, the management practices for the captive population need to be standardized. We propose that an assessment of the biological potential of a captive population at any given time can help predict future population dynamics. Since systematic data on the captive populations of the lion-tailed macaque in European institutions are available for the past several decades, we use those data to trace the development of the population in a historical perspective, and then use this perspective to develop a husbandry and population management manual for the liontailed macaque in captivity. We propose husbandry guidelines for individual groups, and also propose that each group should be considered a part of a metapopulation

Decision-making processes in the strategic currency management of multinational companies: a comparative case study analysis between automobile manufacturers and airlines with focus on operational hedging

In der vorliegenden Dissertation werden die Entscheidungsprozesse im strategischen Währungsmanagement internationaler Unternehmen betrachtet. Dabei liegt der Fokus auf der Auswahl, Anwendung und Evaluation von realwirtschaftlichen Hedgingstrategien (z. B. Natural Hedging). Im Rahmen einer vergleichenden Fallstudienanalyse werden Interview- und Unternehmensberichtsdaten erhoben und die empirischen Ergebnisse der Unternehmen aus der Automobil- mit denen aus der Airline-Branche verglichen. Auf dieser Basis werden wesentliche Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen einer Produktions- und einer Dienstleistungsbranche in Bezug auf das strategische Währungsmanagement herausgearbeitet und unternehmenspolitische Implikationen formuliert.In this dissertation the decision-making processes in the strategic currency management of multinational companies are analysed. The focus is put on the selection, implementation and evaluation of operational hedging strategies (e.g. natural hedging). In a comparative case study analysis comprising interview and company report data the empirical results of automobile and airline companies are compared. On this basis, similarities and differences between the production and the service industry with regard to their strategic currency management are identified and implications for corporate practice are formulated

Human TRIM5α mediated restriction of different HIV-1 subtypes and Lv2 sensitive and insensitive HIV-2 variants

In order to characterize the antiviral activity of human TRIM5α in more detail human derived indicator cell lines over expressing wild type human TRIM5α were generated and challenged with HIV-1 and HIV-2 viruses pseudotyped with HIV envelope proteins in comparison to VSV-G pseudotyped particles. HIV envelope protein pseudotyped particles (HIV-1[NL4.3], HIV-1[BaL]) showed a similar restriction to infection (12 fold inhibition) compared to VSV-G pseudotyped viruses after challenging TZM-huTRIM5α cells. For HIV-2 a stronger restriction to infection was observed when the homologous envelope protein Env42S was pseudotyped onto these particles compared to VSV-G pseudotyped HIV-2 particles (8.6 fold inhibition versus 3.4 fold inhibition). It has been shown that HIV-2 is restricted by the restriction factor Lv2, acting on capsid like TRIM5α. A mutation of amino acid 73 (I73V) of HIV-2 capsid renders this virus Lv2-insensitive. Lv2-insensitive VSV-G pseudotyped HIV-2/I73V particles showed a similar restriction to infection as did HIV-2[VSV-G] particles (4 fold inhibition). HIV-2 envelope protein (Env42S)-pseudotyped HIV-2/I73V particles revealed a 9.3 fold increase in infection in TZM cells but remained restricted in TZM-huTRIM5α cells (80.6 fold inhibition) clearly indicating that at least two restriction factors, TRIM5α and Lv2, act on incoming HIV-2 particles. Further challenge experiments using primary isolates from different HIV-1 subtypes and from HIV-1 group O showed that wild type human TRIM5α restricted infection independent of coreceptor use of the infecting particle but to variable degrees (between 1.2 and 19.6 fold restriction)

Infant development and weaning in Macaca silenus in the natural habitats of the Western Ghats, India

This article reports the development of behaviour in 31 lion-tailed macaque infants from birth to the age of 15 months. The study was conducted during January 2002-June 2005. The study animals included a large group of lion-tailed macaques inhabiting a rainforest fragment in the Western Ghats, India. Two critical stages were observed during the development of the infants: one at the age of five and a half months, and another at the age of nine months. When the infants were five and a half months old, there was a sudden increase in the occurrence of nipple contact, a sharp decline in the per cent of infants making nipple contact after this age, a peak in the occurrence of retrieve by the mother, a peak in the occurrence of play by the infant, and a peak in the occurrence of environmental exploration by the infant, and stabilization of exploration after this age. Up to the age of nine months, the occurrence of an infant approaching the mother and mother punishing the infant continued to increase, and these two behaviours abruptly ended at the age of nine months. Mother grooming the infant occurred with a peak at the infant's age of nine months. It appears that in lion-tailed macaques, the mother actively initiated weaning. It began at the infant's age of five and a half months and was completed by the time the infant was nine months old. The mother, however, increased the frequency of grooming the infant, and thus continued to care for the infant in ways that cost her less in terms of parental investment. A longer duration of nipple contact by some male infants, more retrieval and grooming of male infants, and more proximity of male infants to mothers indicated higher maternal parental investment on male infants

Reproductive biology of lion-tailed macaque (Macaca silenus): an important key to the conservation of an endangered species

The lion-tailed macaque (Macaca silenus), endemic to rainforests of the Western Ghats in southern India, is an endangered species. Most of its population now lives in fragmented pockets of rainforests. Considerable research has been carried out on its reproductive biology both on wild and captive populations in North America and Europe. We review studies carried out on birth seasonality, life-history parameters, and reproductive physiology and behaviour. The captive populations differ considerably from wild populations on several parameters of reproductive biology. Because of a low population turnover in this species due to a delayed age at first birth and long inter-birth intervals, and further degradation of its natural habitats, rapid population replenishment or augmentation is unlikely. This article shows that the study of reproductive biology may provide an important key to the conservation of this species. It also indicates that several aspects of reproductive biology of lion-tailed macaque still remain to be addressed