CN111989614A - 通过光学谐振器中的非线性介质对激光辐射进行变频和放大的方法以及装置 - Google Patents

通过光学谐振器中的非线性介质对激光辐射进行变频和放大的方法以及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于通过温度控制的光学结构产生激光辐射的方法，所述光学结构包括设置在谐振器中的、光学非线性的、具有有效区域的固体介质，向所述固体介质中引入的泵浦辐射通过结构性干涉辅助地产生输出激光辐射，其特征在于，通过在所述有效区域的第一部段内部设置第一温度对谐振器长度进行调整，并且通过在所述有效区域的第二部段内部设置第二温度来对所产生的并且参与产生所述激光辐射的波长的相位进行调整。

Description

通过光学谐振器中的非线性介质对激光辐射进行变频和放大 的方法以及装置
技术领域
本发明涉及一种用于通过温度控制的光学结构产生激光辐射的方法和装置。所述方法和装置特别是用于通过光学谐振器中的非线性介质对激光辐射进行变频和放大。
背景技术
包含非线性介质的光学谐振器由一个或多个射入谐振器的泵浦波产生具有一个或多个新波长的辐射。通过这种转换可以产生激光辐射，所述激光辐射的波长不同与入射的泵浦波的波长并且特别是位于可供使用的主动激光介质的波长之外。也可以通过具有其他波长的泵浦射束来放大入射的信号射束的功率。在这两种情况下，都涉及光学的非线性过程。相应的结构通常由光学写着起中的光学非线性的固体介质、特别是晶体组成。入射的泵浦辐射以及在需要时还有信号辐射这里聚焦到所述固体介质中。非线性的固体介质必须确保在所有入射的和所有新产生的波长之间实现相位匹配(英文：phase matching)。否则转换过程或放大过程的效率较低。通过个别或优选所有参与其中的波长的光学谐振进一步提高了处理的效率或这样才能实现可用的数值。相位匹配通常通过设置所述固体介质的(与材料相关的)相位匹配温度来实现。在相位匹配温度下，希望的非线性过程会出现涉及部分波的结构性干涉，所述部分波在固体介质中沿光的传播方向在不同的位置处产生。在这个温度下，晶体的折射率对于所有参与其中的波长都是近似相等的(但不是完全相同，因为还必须对由聚焦导致的古依相移进行补偿)。
所述谐振器例如可以通过两个反射镜形成，所述非线性固体介质设置在所述反射镜之间，所述反射镜使入射的波阵面精确地回射，从而光在谐振器中在原理上可以无限多次地循环传播。为了使光学谐振器对于确定的波长产生谐振，其光学循环传播长度必须为波长的多倍。一种非常稳定且特别低噪声的方法设定，通过谐振器的温度调整其光学长度。这里利用了被透射的固体介质的热膨胀系数和/或折射率的温度相关性。此时的问题时，通常(特别是由于必要的聚焦和与由此出现的古依相位差)每个波长都需要不同的温度，以便实现其相应的光学谐振。所述温度此外还与相位匹配温度不同。出于这个原因，在具有非线性固体介质的光学谐振器中(在下面称为非线性谐振器)，相位匹配多数通过温度来实现，而谐振则通过压电致动器实现的谐振器长度变化来实现。一方面，通过压电致动器谐振器只能对于一个波长调整到谐振。另一方面，压电致动器通常以高电压工作，这要求采取保护措施并且由于通常产生高噪声的高点压会导致通过压电致动器调整的谐振器长度发生噪声干扰。
在Zielinska等的出版物“Fully-resonant,tunable,monolithic frequencyconversion as a coherent UVA source“，Opt.Express 25，1142-1150(2017)中记载了一种分区的固体谐振器。这种谐振器是整体的，就是说，所述谐振器通过施加在固体介质相对置的端部上的镜面形成。所述谐振器具有三个沿激光射束前后相继设置的分区，其中，只有中间的分区表现为非线性的，就是说是有效的。这个有效的中间区域在相位匹配温度下工作。设置在中间区域相对置的侧面上的、非有效的分区可以相对于彼此独立地调温，这里，由此应针对红色泵浦光设置谐振条件。由此，应实现对于相位匹配和谐振器长度的独立控制。为了保持足够的效率，根据Zielinska的文献，在整个有效区域上的温度必须恒定地保持在相位匹配温度，这由于相邻分区具有不同的温度而是难以实现的。因此，Zielinska的文献视为必要的是，非有效分区的温度只允许与在有效分区中设置的温度有很小的偏差。但这会造成，为了对于红色泵浦光实现谐振条件，必须附加地通过压电元件向所述固定介质施加压力。
US 5 898 718 A记载了一种非线性固体介质，在所述固体介质内部可以设置不同的温度，以便优化不同谐振频率的输出强度。这里没有采用谐振器。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种非线性谐振器以及运行所述非线性谐振器的方法，所述非线性谐振器和所述方法允许在简单且紧凑地实现谐振器的同时实现高效的运行。
本发明通过根据权利要求1的方法以及通过根据权利要求10的装置来实现所述目的。有利的设计方案是从属权利要求、说明书和附图的内容。
根据本发明提出一种用于通过温度控制的光学结构产生激光辐射的方法，所述光学结构包括设置在谐振器中的、光学非线性的、具有有效区域的固体介质，向所述固体介质中引入的泵浦辐射通过结构性干涉辅助地产生输出激光辐射，所述方法的特征在于，通过在所述有效区域的第一部段内部设置第一温度对谐振器长度进行调整，并且通过在所述有效区域的第二部段内部设置第二温度来对所产生的并且参与产生所述激光辐射的波长的相位进行调整。
根据本发明的用于产生激光辐射的装置包括温度控制的光学结构，所述光学结构包括设置在谐振器中的、光学非线性的、具有有效区域的固体介质，所述光学结构构造成用于，由向所述固体介质中引入的泵浦辐射通过结构性干涉辅助地产生输出激光辐射，并且装置具有至少两个温度执行器，用于独立地在所述固体介质的有效区域中设置温度，第一温度执行器构造成用于，通过在所述有效区域的第一部段内部设置第一温度来调整谐振器长度，并且第二温度执行器构造成用于，通过在所述有效区域的第二部段内部设置第二温度来调整所产生的并且参与产生激光辐射的波长。
所述固体介质特别是可以是晶体。所述有效区域表示所述固体介质的非线性地响应的区域，就是说，表示这样的区域，在所述区域中，电场与电极性的关系非线性地变化。所述有效区域特别是可以构成周期性极化的非线性。所述谐振器可以例如是驻波谐振器，所述驻波谐振器特别是具有转向镜或其他光学附件，或者是行波谐振器，特别是环形谐振器。所述谐振器例如可以是三角形的或折叠的(“领结”式配置)。所述温度例如可以通过珀耳帖元件、欧姆加热元件或通过吸收附加射入的其他波长的光场来实现。就是说，温度执行器可以构造成珀耳帖元件、欧姆加热元件或构造成其他波长的光场的源。所述光学结构特别是可以构成或包括光学参数的振荡器。
根据本发明设定，在所述固体介质的有效的、即非线性响应的区域内部设置不同的温度。这里，在所述有效区域的第二部段中设置相位匹配温度，由此将参与产生激光辐射的波长带至这样的相位匹配。在所述有效区域的第一部段中设置这样的温度，所述温度对于一个或多个参与产生激光辐射的波长确保实现谐振条件。前面已经提及的那样，这通过基于热膨胀或收缩改变谐振器的长度来实现，或者通过基于固体介质的折射率的温度相关性来改变光路长度来实现。这里可以设定，在所述有效区域内部还可以例如通过其他温度执行器设置其他温度，所述其他温度特别是可以用于实现用于其他波长的谐振条件。例如，通过在所述有效区域的第三部段中调整到第三温度可以调整谐振器长度，以便实现另一个第二波长的谐振，如后面还将说明的那样。
这里，本发明基于这样的认知，即，为了确保高效地产生激光辐射，不是必须将非线性谐振器的整个有效区域都保持在相位匹配温度。已经认识到的是，由射入的泵浦辐射产生新的频率主要发生在光束腰附近(即在焦点处)，并且因此仅在这个光束腰的区域中需要进行相位匹配。相反，在固体介质的其他点处完全可以存在其他温度，虽然所述温度在这里可能导致参与其中的波长发生相位误匹配。因此，仅在固体介质的激光具有高强度的区域中，最佳的相位匹配是重要的。在激光强度较小的位置，所述非线性固体介质中的温度可以不同于相位匹配温度，而不会由此对于变频产生明显的不利影响。本发明既实现了相位匹配，也实现了谐振，就是说实现了通过温度调整谐振器长度。这里，如上所述，温度调整仅在有效区域内部进行。根据本发明的谐振器因此特别紧凑。特别是所述有效区域可以在整个固态介质上延伸，就是说，放弃了包围有效区域的非有效区域(如在Zielinska的文献中那样)，这又使得能实现特别紧凑的谐振器，并且此外还简化了制造。也可以省去用于调整谐振器长度的压电元件，这避免了出现与此相关联的上述缺点。所述谐振器可以特别是设计成整体的，具有两个设置在固体介质相对置的端部上的镜面，如后面还将说明的那样。此外，可以将第一温度和/或第二温度调节到目标值，以便对泵浦辐射频率可能的变化加以考虑，如同样在后面还要说明的那样。
根据本发明的方法可以利用根据本发明的装置来执行。根据本发明的装置适于执行根据本发明的方法。所述方法以及所述装置的实施方案在下面一起说明。
根据一个设计方案，所述有效区域在整个固态介质上延伸。所述固体介质因此可以仅由所述有效的、即非线性的区域构成。特别是所述固体介质可以完整地(周期性地)极化。如上所述，由于也可以在固体介质的所述有效区域的内部设置不同的温度，可以省去所述非有效的区域。所述固体介质并且由此还由所述谐振器由此相对于由Zielinska的文献示出的结构可以更为紧凑地构成。此外，简化了固体介质的制造，因为可以从统一的晶体材料中切割并使用任意长度的一段。
根据另一个实施形式，所述谐振器包括设置在所述固体介质的两个相对置的端部处的谐振反射镜。这里，所述谐振反射镜可以与所述固体介质连接，特别是施加到所述固体介质上，或者与所述固体介质分开地设置。特别是所述谐振反射镜可以与所述固体介质分开地分别设置在固定的距离处。通过所述谐振反射镜可以反射参与产生激光辐射的波以及也可以反射新产生的波。这里一个波长的所有循环传播相互发生结构性叠加。
根据另一个实施形式，所述谐振反射镜作为镜面施加在所述固体介质的相对置的端部的外侧上。光学上非线性的固体介质因此与所述镜面形成整体的谐振器。因此所述谐振器是特别紧凑的、能够简单地制造并且由于省去了压电式的调节元件在运行中较为稳定。这样，与通过压电致动器设定的谐振器长度相比，可以更为可靠地保持通过温度设置的谐振器长度，因此，使用压电致动器的情况下，由于供应给压电致动器的高电压的噪声，谐振器长度会发生噪声干扰，如前面解释的那样。固体介质相对置的设有镜面的端部这里优选构造成凸形的，特别是抛光成球形的。已知的是，在光线上稳定的谐振器中，激光射束的直径必然发生变化。如果假定光束腰(焦点)位于固体介质的中央，则激光射束从光束腰出发沿主光轴在两个方向上发生扩张。通过固体介质凸形的端部确保了，镜面始终垂直于辐射的传播方向，从而扩张的激光射束完全转向回到固体介质中。对于整体的谐振器，能够调整到三个不同的温度是有意义的，如后面还将解释的那样。
根据另一个实施形式，所述谐振反射镜与所述固体介质分开地构成，设有至少一个调节元件，以用于调节至少一个所述谐振反射镜到所述固体介质的距离。所述调节元件可以包括一个或多个压电调节元件，即压电致动器。特别是可以设有两个调节元件，第一调节元件调节第一谐振反射镜到固体介质的距离，而第二调节元件调整第二谐振反射镜到固体介质的距离。通过所述至少一个调节元件由此可以附加地调节谐振器长度。一般而言，由于固体介质多数较小的导热性，所述固体介质中的温度的变化仅较慢地进行。这相应地使得谐振器长度缓慢地变化。特别是在调节温度时，如后面还将说明的那样，由此只能缓慢地达到谐振条件。相反，根据这个实施形式设置的调节元件、特别是带有压电致动器的调节元件允许特别快速地调整谐振器长度。此时，特别是可以在入射的泵浦波的波长变化之后快速地调节谐振器长度。这里，与通过第二温度进行调整相比，通过所述至少一个调节元件特别是可以使参与产生激光辐射的波长中的另一个波长发生谐振。由此可以使两个波长发生谐振，这提高了转换或产生激光辐射的效率。也可以通过所述至少一个调节元件使与通过第二温度的参与产生激光辐射的波长中一个相同的波长发生谐振。由此可以补充这个机制。这是特别合理的，因为此时可能设置的压电致动器不必以高电压工作，并且由此可以避免出现上面已经提及的缺点。在省去运行压电致动器的高电压的情况下，压电致动器会使谐振反射镜发生较少的偏转。但用通过温度调整谐振器长度进行补充，存在足够的活动范围，以便(重新)实现谐振。固体介质朝向谐振反射镜的端部可以具有防反射的层，以便使辐射穿过所述端部到达相应的谐振反射镜并由谐振反射镜反射。
根据另一个实施形式，第一谐振反射镜作为镜面施加在所述固体介质的第一端部的外侧上，而第二谐振反射镜与所述固体介质分开地设置在所述固体介质的与第一端部相对置的第二端部处，设有调节元件，以用于调节第二谐振反射镜到所述固体介质的距离。就是说，作为前面所述的两个实施形式的组合，所述谐振器可以具有一个直接与谐振器连接的反射面以及一个设置在相对置的端部处的反射镜。所述第二谐振反射镜这里与固体介质的第二端部特别是通过气隙隔开间距，并且能通过调节元件、特别是压电致动器调节。固体介质朝向第二反射镜的第二端部可以具有防反射的层，以便使辐射穿过所述第二端部到达相应的第二反射镜并由第二反射镜反射。此外关于上述实施形式还要指出的是，特别是这里也可以通过温度以及通过调节元件实现谐振器的长度变化。
根据另一个实施形式，通过在所述有效区域的第三部段内部调整到第三温度来对谐振器长度进行适配调整。此时，根据这个实施形式，可以设有至少三个温度执行器，用于在固体介质的有效区域中调整到不同的温度，此时，第三温度执行器构造成用于，通过在有效区域的第三部段内部设置第三温度调整谐振器长度。就是说可以设定，除了在有效区域的第一部段内部设置第一温度以用于适配调整谐振器长度，以及在有效区域的第二部段内部设置第二温度以用于围绕光束腰进行相位匹配，还设有具有第三温度的第三部段，同样用于适配调整谐振器长度。第三温度特别是可以与第一温度不同。这特别是对于上面所述的整体的谐振器是有利的，因为由此谐振器可以对于两个波长谐振地起作用。所述谐振器长度由此可以这样调整，即，使得参与产生激光射束的波长中的两个波长实现谐振。
根据一个实施形式，通过在所述有效区域的第四部段内部设置第四温度来对谐振器长度进行适配调整。这样，根据这个实施形式，可以设有至少四个温度执行器，用于在固体介质的有效区域内设置不同的温度，第四温度执行器构造成用于，通过在所述有效区域的第四部段内部设置第四温度来调整谐振器长度。根据上面的解释，由此，可以通过第四温度调整谐振器长度，以使第三波长发生谐振。
根据一个实施形式，第一温度和/或第二温度调节到特别是与泵浦辐射的频率相关的目标值。根据这个实施形式，所述装置可以包括调节单元，用于将第一温度和/或第二温度调节到特别是与泵浦辐射的频率相关的目标值。由此可以测量固体介质的第一和/或第二部段中的实际温度并通过调节单元将所述实际温度与第一和/或第二部段的目标温度相比较，此外，所述调节单元可以构造成用于，在目标温度与实际温度之间存在偏差时提高或将降低第一温度和/或第二温度，直至所述偏差消失。通过这种反馈例如可以在可能出现能量损失时保持第一和/或第二部段中的温度稳定。所述调节特别是可以根据泵浦辐射的频率进行，就是说，可以根据泵浦辐射的频率预先规定用于相应温度的目标值。在这种情况下，可以通过调节单元确定激光辐射与谐振条件之间的频率失谐，并且由于这种失谐通过调节单元使第一温度和/或第二温度提高或降低，直至这种失谐消失。因此使得相应的温度目标值动态地跟随改变的外部条件。所述频率失谐可以通过已知的方法、例如根据Pound、Drever和Hall技术测量和分析评估。当入射的激光频率或波长例如由于泵浦激光不是足够稳定而随时间发生变化时，这种动态反馈的调节是合理的。在这种情况下，可以连续地适配调整相应的目标温度并由此对泵浦辐射变化的频率加以考虑。由此，确保实现整体的非线性谐振器的高效运行。如果光学频率缓慢改变，则通过改变温度，对于参与其中的波长，相位匹配以及光学谐振器长度都可以跟随改变的波长调整。也可以相应地调节在有效区域的其他部段中的可能设置的另外的温度。
附图说明
下面参考附图来说明本发明的实施例。其中
图1示出根据本发明的装置的示意图，
图2示出根据第一实施形式的非线性谐振器的示意性剖视图，
图3示出根据第二实施形式的非线性谐振器的示意性剖视图，
图4示出根据第三实施形式的非线性谐振器的示意性剖视图，
图5示出根据第四实施形式的非线性谐振器的示意性剖视图，
图6示出根据第五实施形式的非线性谐振器的示意性剖视图，
图7示出根据图4的结构的谐振器的输出功率关于时间的测量曲线，以及
图8示出用于对根据图2的结构的谐振器进行温度调节的调节方案。
具体实施方式
只要没有另行说明，相同的附图标记表示相同的物体。
在图1中示出根据本发明的用于产生激光辐射的装置。所述装置10包括用于激光辐射的(整体的)变频器或放大器，所述变频器或放大器在当前情况下构造成光学参数的振荡器12。所述振荡器包括非线性的固体介质14，所述固定介质具有谐振反射镜16a、16b，所述谐振反射镜作为镜面施加在固体介质14相对置的端部上。所述固体介质14具有有效区域，所述有效区域在整个固体介质上延伸。因此，所述整个固体介质14非线性地响应。所述镜面16a、16b与所述非线性的固体介质14一起形成非线性谐振器17.1。此外，所述装置10用作蓄冷器或蓄热器的底座18以及三个温度执行器20a、20b、20c，特别是珀耳帖元件，以用于在所述非线性的固体介质14的分别位于其上的部段内设置温度T1、T2、T3。所述振荡器12此外由所述装置10的导热的边框22局部地包围。所述边框22特别是可以由导热良好的材料、如铜、银、金或这些材料的组合制成。所述非线性谐振器12构造成用于，由引入所述固体介质14的泵浦辐射通过结构性干涉辅助地产生输出的激光辐射。前面描述的非线性谐振器17.1的功能方式在下面参考图2说明。
图2粗略地示意性示出具有如图1中的不同温度区T1、T2、T3的非线性谐振器17.1的剖视图。所述非线性谐振器的结构对应于图1中的非线性谐振器。这里可以看到，所述固体介质14的两个相对置的在外侧施加有作为镜面的谐振反射镜16a、16b的端部凸形地拱曲。这里明显夸大地示出了这种弯曲。这里涉及一种整体谐振器。所述有效区域这里以及在所有其他实施例中也在整个固体介质14上延伸，就是说所述固体介质完整地非线性响应。所述非线性的固体介质14在这个实施形式中由三个部段14a、14b、14c组成，这些部段的温度由于(在图2中没有示出的)温度执行器20a、20b、20c能相对于彼此独立地调节。引入固体介质14的泵浦辐射产生沿固体介质14的纵轴线F延伸的激光射束24，所述激光射束具有在中央设置在固体介质14的中心的光束腰26和从所述光束腰26出发扩张的射束部段28。所述激光射束24的直径因此沿纵轴线L变化，这对于光学谐振器的稳定运行是必要的。通过固体介质的凸形的端部确保了，镜面16a、16b始终垂直于辐射的传播方向，从而扩张的射束部段28完全被导回到所述固体介质14中。
通过温度执行器20a将存在于第一部段14a中的温度调节到值T1。由此，由于固体介质14在第一部段14a中的热膨胀或折射率变化，谐振反射镜16a移动并且由此这样调节非线性谐振器17.1的长度，使得满足参与产生激光辐射的波长中的第一波长的谐振条件。此外，通过温度执行器20b将第二部段14b的温度调节到值T2，该值对应于参与产生激光辐射的波长的相位匹配温度。由此实现相位匹配。此外，根据该实施例设有第三温度执行器20c，所述第三温度执行器将第三部段14c调节到温度T3。通过谐振反射镜16b的移动和谐振器17.1与此相关的长度变化，这实现了将另一个第二波长调节到其谐振条件。这些不同的波长这里在谐振反射镜中在不同的深度反射。这里(以及在其他实施例中)，不仅设置这些温度，而且通过后面还要说明的调节方法将其调节到相应的值。
如前面说明的那样，不必将整个有效区域、就是说在当前情况下不必将整个固体介质保持在相位匹配温度，因为，由射入的泵浦辐射产生新的频率基本上在光束腰16(即焦点)附近发生。由此，仅在部段14b中相位匹配是必要的。不同于相位匹配温度的温度在部段14a、14c中尽管会导致参与其中的波长发生相位误匹配，但这是相对无害的。根据本发明的装置使得可以通过温度调整相位匹配以及谐振，即沿纵轴线L延伸的谐振器长度。在所述实施例中，对于两个波长可以实现谐振。所述非线性谐振器是特别紧凑的，因为有效区域遍及整个固体介质，因为温度调整仅在有效区域的内部发生以及因为在当前情况下可以省去外部的调节元件和反射镜。
根据图3的非线性谐振器17.2与图2中示出的谐振器17.1的区别在于，所述非线性固体介质14仅具有两个温度不同的部段14a、14b。通过第一部段14a中的温度T1调节到使第一波长发生谐振。将温度T2也调节到相位匹配温度。这个实施形式由于省去了第三温度区而更为简单，并且当谐振器仅应对其中一个波长提供辅助时，这样的实施形式就足够了。
根据图4的非线性谐振器17.3与图3中示出的谐振器17.2的区别在于，所述固体介质14仅在一侧设有镜面作为谐振反射镜16a。另一个谐振反射镜16b这里通过气隙30与固体介质14隔开并且能通过压电调节元件32沿纵轴线L移动，如通过双箭头示出的那样。由此，这里涉及半整体的谐振器。固体介质14朝向谐振反射镜16b的端部在这个实施例中不是构造成凸形的并且设有这里没有示出的防反射涂层。由此确保了，激光辐射可以到达谐振反射器16b并且从谐振反射器返回到固体介质中。通过所述压电的调节元件32，可以改变谐振反射镜16b到谐振反射镜16a的距离并且由此可以改变谐振器长度，这里改变气隙30的宽度。在这个实施例中因此既可以通过温度T1也可以通过压电式的调节元件32保持所述谐振器17.3的长度，以使一个或两个波长发生谐振。如果目标是仅使一个波长谐振，则压电式的调节元件使得在以小电压工作时可以实现快速致动。这里不需要高电压，因为强烈的、但为此缓慢的长度变化通过温度T1实现。
根据图5的非线性谐振器17.4与图4中示出的谐振器17.3的区别在于，没有设置施加在固体介质14上的镜面，而是两个谐振反射镜16a、16b通过各一个气隙30a、30b与固体介质14隔开间距。在当前实施例中，只有谐振反射镜16b能通过特别是压电式的调节元件32沿纵轴线L移动，并且由此可以改变气隙30b。但也可以设定的是，谐振反射镜16a也具有调节元件，特别是压电式的调节元件，用于改变气隙30a。因此，这涉及一种非整体的谐振器。固体介质14的朝向谐振反射镜16a的端部在该实施例中也没有构造成凸形的并且设有未示出的防反射涂层。此外，固体介质14这里也分成三个具有可以单独调节的温度T1、T2、T3的部段14a、14b、14c，如同图2中的谐振器17.1那样。这里可以通过温度T1、T2以及通过压电调节元件32保持谐振器17.3的长度，以使得最多三个波长发生谐振。
根据图6的非线性谐振器17.5与图2中示出的谐振器17.1的区别在于，固体介质14包括另一个具有单独的温度调节的部段14d。另一个未示出的温度执行器这里通过温度T4调节谐振器长度，以针对另一个第三波长实现谐振。这例如对于和频生成是合理的。
图7示出根据图4的非线性谐振器的输出功率的测量曲线。其中示出了在775nm处的倍频光关于时间绘制的功率。谐振器对1550nm和775nm提供辅助。在整个测量时间期间，反射镜16b的位置有反馈地保持，以对于775nm实现谐振。T2以及还有T1已经保持在相位匹配温度。这里射入的在1550nm的光接近但不是精确地发生谐振。在第13秒，T1的变化最小并且由此并且对于1550nm优化了谐振。结果是，效率提高，就是说，在输入功率保持相同时，输出功率提高。光产量在这个示例中提高了约15％。这个值在该示例中是中等的，因为有时也可以在优化T1之前就已经存在靠近最佳参数组的工作点。
图8示出用于根据图2的非线性谐振器17.1的、用于将温度调节到相应的目标值T1、T2、T3的调节方案。装置10这里包括激光源40，通过所述激光源将泵浦辐射射入非线性谐振器中。所述泵浦辐射穿过半透性的反射镜42，到达谐振器17.1中并产生希望的激光辐射。所述激光辐射的一部分从谐振器中输出并通过半透性的反射镜44从所述装置10中导出。这样输出的激光辐射的一部分这里穿过半透性的反射镜44并且被导向第一测量装置46。此外，所产生的激光辐射的另一部分朝半透性的反射镜42的方向从谐振器17.1中输出并通过所述谐振器导向第二测量装置48。谐振器17.1的固体介质14的中间部段14b恒定地保持在温度T2。为此，测量这个部段上的温度。调节器50确定温度测量值□2与目标值T2之间可能的偏差并为了补偿所述偏差而操控温度执行器20b，以便加热或冷却部段14b，直至T2＝□2。两个外部的部段14a、14c可以以相同的方式和方法彼此独立地反馈式地调节，就是说分别利用一个(不同的)用于温度T1、T3的静态目标值进行调节，这里，然后确定测量值□1、□3与目标值T1、T3的偏差并且接下来进行再调节。但备选地，这两个部段14a、14c可以明显更为有效地动态反馈地调节。在这种情况下，调节的各温度目标值T1、T3动态地跟随变化的外部条件、例如射入的波长的变化而变化。关于一个波长是否离开谐振或以怎样的方向离开谐振的信息通过探测所产生的激光辐射的一部分来获得。为此通过已知的方法、例如根据Pound,Drever和Hall(PDH)技术对在测量装置46、48上探测到的与谐振的频率失谐进行分析评估。这种调节方法在进行相应的改动的情况下也可以应用于非线性谐振器17.2、17.3、17.4和17.5。
对于参与其中的波长，相位匹配和光学谐振器长度可以利用根据本发明的装置或根据本发明的方法同时调整到最佳值，这明显提高了变频的效率。这特别是与谐振器的几何形状是无关的。利用根据本发明的装置或根据本发明的方法，除了光学参数的过程、如特别是压缩光的产生以外，还实现了倍频、和频生成以及频率混合。这里可以有两个或三个共传播的波长参与其中，所述波长同时的谐振(连同相位匹配)提高了效率。
完成本发明的工作是由欧洲研究委员会(der
Figure BDA0002727415760000141
Forschungsrat/theEuropean Research Council)根据欧盟第七框架计划(FP7/2007-20l3)/ERC拨款协议Nr.339897提供资助的。

Claims (18)

1.用于通过温度控制的光学结构(12)产生激光辐射的方法，所述光学结构包括设置在谐振器(17.1、17.2、17.3、17.4、17.5)中的、光学非线性的、具有有效区域的固体介质(14)，向所述固体介质(14)中引入的泵浦辐射通过结构性干涉辅助地产生输出激光辐射，其特征在于，通过在所述有效区域的第一部段(14a)内部设置第一温度(T1)对谐振器长度进行调整，并且通过在所述有效区域的第二部段(14b)内部设置第二温度(T2)来对所产生的并且参与产生所述激光辐射的波长的相位进行调整。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有效区域在整个固态介质(14)上延伸。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述谐振器(17.1、17.2、17.3、17.4、17.5)包括设置在所述固体介质(14)的两个相对置的端部处的谐振反射镜(16a、16b)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述谐振反射镜(16a、16b)作为镜面施加在所述固体介质(14)的相对置的端部的外侧上。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述谐振反射镜(16a、16b)与所述固体介质(14)分开地构成，设有至少一个调节元件(32)，以用于调节至少一个所述谐振反射镜(16a、16b)到所述固体介质(14)的距离(30a、30b)。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，第一谐振反射镜(16a)作为镜面施加在所述固体介质(14)的第一端部的外侧上，而第二谐振反射镜(16b)与所述固体介质(14)分开地设置在所述固体介质(14)的与第一端部相对置的第二端部处，设有调节元件(32)，以用于调节第二谐振反射镜(16b)到所述固体介质(14)的距离。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过在所述有效区域的第三部段(14d)内部设置第三温度(T3)来对谐振器长度进行适配调整。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过所述有效区域的第四部段(14d)内部设置第四温度(T4)来对谐振器长度进行适配调整。
9.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，将所述第一温度(T1)和/或所述第二温度(T2)调节到特别是与泵浦辐射的频率相关的目标值(T1、T2)。
10.用于产生激光辐射的装置，所述装置包括温度控制的光学结构(12)，所述光学结构包括设置在谐振器(17.1、17.2、17.3、17.4、17.5)中的、光学非线性的、具有有效区域的固体介质(14)，所述光学结构(12)构造成用于，由向所述固体介质(14)中引入的泵浦辐射通过结构干涉辅助地产生输出激光辐射，其特征在于，具有至少两个温度执行器(20a、20b、20c)，用于独立地在所述固体介质(14)的有效区域中设置温度(T1、T2、T3)，第一温度执行器(20a)构造成用于，通过在所述有效区域的第一部段(14a)内部设置第一温度(T1)来调整谐振器长度，并且第二温度执行器(20b)构造成用于，通过在所述有效区域的第二部段(14b)内部设置第二温度(T2)来调整所产生的并且参与产生激光辐射的波长。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述有效区域在整个固体介质(14)上延伸。
12.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述谐振器(17.1、17.2、17.3、17.4、17.5)包括两个设置在所述固体介质(14)的相对置的端部处的谐振反射镜(16a、16b)。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述谐振反射镜(16a、16b)作为镜面施加在所述固体介质(14)的相对置的端部的外侧上。
14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述谐振反射镜(16a、16b)与所述固体介质(14)分开地构成，设有至少一个调节元件(32)，以用于调节至少一个所述谐振反射镜(16a、16b)到所述固体介质(14)的距离(30a、30b)。
15.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，第一谐振反射镜(16a)作为镜面施加在所述固体介质(14)的第一端部的外侧上，而第二谐振反射镜(16b)与所述固体介质(14)分开地设置在所述固体介质(14)的与第一端部相对置的第二端部处，设有调节元件(32)，以用于调节第二谐振反射镜(16b)到所述固体介质(14)的距离。
16.根据权利要求10至15之一所述的装置，其特征在于，具有至少三个温度执行器(20a、20b、20c)，以用于在所述固体介质(14)的有效区域中设置温度(T1、T2、T3)，第三温度执行器(20c)构造成用于，通过在所述有效区域的第三部段(14c)内部设置第三温度(T3)来调整谐振器长度。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，具有至少四个温度执行器，以用于在所述固体介质(14)的有效区域中设置温度(T1、T2、T3、T4)，第四温度执行器(20c)构造成用于，通过在所述有效区域的第四部段(14d)内部设置第四温度(T4)来调整谐振器长度。
18.根据权利要求10至17之一所述的装置，其特征在于，具有调节单元(50)，以用于将第一温度(T1)和/或第二温度(T2)调节到特别是与泵浦辐射的频率相关的目标值(T1、T2)。
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