DE10106517A1

DE10106517A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von kohärentem Licht

Info

Publication number: DE10106517A1
Application number: DE2001106517
Authority: DE
Inventors: Daniel Rytz; Juergen Bartschke; Thierry Salva; Sophie Vernay
Original assignee: FEE GmbH
Current assignee: FEE GmbH
Priority date: 2001-02-13
Filing date: 2001-02-13
Publication date: 2002-08-29

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von kohärentem Licht mit Hilfe von Frequenzkonversion. Um ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von kohärentem Licht mit Hilfe von Frequenzkonversion zur Verfügung zu stellen, das kostengünstig anzuwenden ist bzw. die kostengünstig herzustellen ist und die Möglichkeit eröffnet, kohärentes Licht in einem breiten Wellenlängenbereich zu erzeugen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die nichtlinear optischen Eigenschaften der Wismutborate mit der Zusammensetzung Bi¶1-x¶M¶x¶B¶3¶O¶6¶, wobei M für Ga, In, Sc oder ein Selten-Erd-Element steht und x einen Wert zwischen 0 und 0,5 einnimmt, ausgenutzt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von kohärentem Licht mit Hilfe von Frequenzkonversion. Bei der Frequenzkonversion werden nichtlinear optische Ef fekte zweiter Ordnung ausgenutzt, so daß die nichtlinear optischen Elemente beispielweise als Fre quenzverdoppler, Frequenzmischer oder Frequenzteiler eingesetzt werden.

Die Strahlungskonversion erfolgt im allgemeinen aufgrund nichtlinearer Wechselwirkungen, die häufig dadurch zustande kommen, daß die elektrische Feldstärke des in einem Kristall einstrahlenden Licht feldes im Vergleich zum inneratomaren (elektrischen) Feld der bestrahlten Materie nicht mehr ver nachlässigbar ist.

Die Kristalle, die dank ihrer besonderen nichtlinear optischen Eigenschaften Anwendung zur Fre quenzkonversion im allgemeinen von Laserstrahlung im Wellenlängenbereich von 250 bis 3000 nm finden, entstammen den verschiedensten Substanzfamilien, die jeweils ganz spezifische Eigenschaf ten aufweisen. Die wichtigsten zur Zeit angewandten Kristallarten sind KTiOPO₄(KTP), β- BaB₂O₄(BBO), LiB₃O₅(LBO), LiIO₃ sowie die neueren Verbindungen CsLiB₆O₁₀(CLBO) und Ca₄GdO(BO₃)₃.

Da optische Prozesse nicht nur von den spezifischen nichtlinear optischen Eigenschaften, sondern zudem auch von den linearen optischen Eigenschaften (z. B. Dispersion der Brechwerte und Absorpti on) und maßgeblich auch von der Züchtbarkeit und der Bearbeitbarkeit der Kristalle abhängen, weisen die bereits verwendeten Kristallarten je nach Anwendungsfall sehr unterschiedliche Nachteile auf. Die üblicherweise verwendeten Kristalle sind entweder nur sehr Zeit- und damit kostenaufwendig herzu stellen oder weisen eine nur geringe optische Qualität auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von kohärentem Licht mit Hilfe von Frequenzkonversion zur Verfügung zu stellen, das ko stengünstig anzuwenden ist bzw. die kostengünstig herzustellen ist und die Möglichkeit eröffnet, kohä rentes Licht in einem breiten Wellenlängenbereich zu erzeugen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Ausnutzung der nichtlinear optischen Eigenschaften der Wismutborate mit der Zusammensetzung Bi_1-xM_xB₃O₆, wobei M für Ga, In, Sc, Y, La oder ein Sel ten-Erd-Element steht und x einen Wert zwischen 0 und 0,5 einnimmt, gelöst. Das monokline kristalli sierende BiB₃O₆(BIBO) und seine chemisch leicht veränderten Formen Bi_1-xM_xB₃O₆(MBIBO) ist ein Material mit außergewöhnlich großen nichtlinearen Eigenschaften, das kostengünstig hergestellt wer den kann. Es versteht sich, daß neben Wismut auch die übrigen Bestandteile durch jeweils chemisch verwandte Elemente in sehr geringen Konzentrationen ersetzt werden können, ohne die gewünschten Kristalleigenschaften zu beeinträchtigen. BIBO besitzt eine monokline Einheitszelle der Raumgruppe C2, deren Gitterkonstanten a = 7,116 Å, b = 4,993 Å, c = 6,538 Å und β = 105,62° betragen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kommt ein BiBO- oder ein MBiBO-Einkristall zum Einsatz. Alternativ dazu kann beispielsweise aber auch ein BiBO- oder ein MBiBO-Kristall verwendet werden, der zumindest eine einkristalline Schicht aufweist. In einer besonders bevorzugten Ausfüh rungsform des Verfahrens ist die Erzeugung von kohärentem gelb-orangenem Licht, vorzugsweise mit einer Wellenlänge zwischen 0,58 und 0,61 µm vorgesehen.

Für die Lichterzeugung wird vorzugsweise die Summenfrequenzkonversion verwendet.

Seit einigen Jahren sind Festkörperlaser erhältlich, die zum optischen Pumpen als Pumpquelle Laser dioden oder andere Lasersysteme einsetzen. Speziell zu nennen sind hier diodengepumpte Nd- Festkörperlaser, Titan-Saphirlaser oder optisch parametrische Oszillator(OPO)-Systeme. Die zum Pumpen des laseraktiven Materials eingesetzte Strahlung der Frequenz ω₁, wie z. B. die von Dioden lasern (etwa 700 bis 1000 nm), kann mit der direkten Laserstrahlung des laseraktiven Materials (z. B. der Nd-Strahlung bei etwa 1064 nm oder 1335 nm) der Frequenz ω₂ gemischt werden. Es wird dann die Strahlung mit der Frequenz ω₃ = ω₂ + ω₁ erzeugt. Durch geeignete Wahl der Wellenlängen können verschiedene Frequenzen, z. B. im sichtbaren Bereich, erzeugt werden. Es gibt zahlreiche wichtige Anwendungen für eine Festkörperlichtquelle mit kohärentem gelb-orangenem Licht. Gelb-orangenes Licht ist beispielsweise in der Dermatologie äußerst nützlich. In vielen Anwendungsgebieten ist ein kompakter gelb-orangener Laser mit einer hohen Effizienz und einer langen Lebensdauer äußerst wünschenswert.

Es hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren mit Vorteil zur Erzeugung von gelb- orangenem Licht verwendet werden kann.

Bei der Summenfrequenzerzeugung werden zwei Grundwellen unterschiedlicher Wellenlänge (λ₁ und λ₂) kombiniert, um eine einzelne Welle der Wellenlänge λ₃ zu erzeugen. Die drei Wellenlängen hängen über die Gleichung

zusammen.

Man sieht, daß die Erzeugung der zweiten Harmonischen ein entarteter Effekt der Summenfrequenz erzeugung ist, wenn λ₁ = λ₂. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird somit ein optischer Fre quenzwandler zur Verfügung gestellt.

In einem besonders bevorzugten Verfahren werden daher zur Lichterzeugung mittels Summenfre quenzkonversion zwei Lichtquellen verwendet, wobei die eine Lichtquelle Licht mit einer Wellenlänge zwischen 1 und 1,1 µm und die andere Lichtquelle Licht mit einer Wellenlänge zwischen 1,3 und 1,4 µm emittiert. Es versteht sich, daß prinzipiell Lichtstrahlen mit beliebiger Wellenlänge gemischt werden können. Für die Erzeugung von gelb-orangenem Licht können alle Paare von Lichtstrahlen verwendet werden, sofern die obengenannte Gleichung erfüllt ist und die Wellenlänge des erzeugten Lichts λ₃ im gelb-orangenem Bereich liegt. In zahlreichen Versuchen mit den nichtlinearen BiBO bzw. MBiBO- Kristallen hat sich jedoch gezeigt, daß die Intensität des erzeugten gelb-orangenem Lichts bei der Verwendung von zwei Laserlichtquellen in den angegebenen Wellenlängenintervallen für die Sum menfrequenzkonversion besonders groß ist.

Vorzugsweise wird ein diodengepumpter Nd³⁺-Laser, der Laserlicht in dem 1,3 bis 1,4 µm-Bereich emittiert und ein diodengepumpter Nd³⁺-Laser, der in dem 1,05 bis 1,09 µm-Bereich emittiert, für die Summenfrequenzkonversion verwendet. Man erhält dadurch gelb-orangenes Licht mit einer Wellen länge zwischen etwa 0,579 und 0,614 nm.

Es versteht sich, daß für die Summenfrequenzerzeugung auch ein Nd³⁺-Laser, der in dem Bereich zwischen 1,3 und 1,4 µm emittiert und ein Yb³⁺-Laser, der in dem Bereich zwischen 1,0 und 1,1 µm emittiert, verwendet werden kann.

Alternativ dazu kann im übrigen auch einer oder beide Laser, deren Licht über die Summenfrequenz erzeugung kombiniert werden, ein Halbleiterdiodenlaser mit entsprechender Wellenlänge sein.

Der nichtlineare Kristall BiBO oder MBiBO erlaubt die Phasenanpassung jedes Laserlichtpaares inner halb des angegebenen Wellenlängenbereiches mit einer sehr hohen Umwandlungseffizienz und einer äußerst günstigen Akzeptanz, um gelb-orangenes Licht in dem Bereich zwischen 0,579 und 0,614 nm zu erzeugen.

Mit dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren können im Prinzip kohärente Lichtstrahlen in einem weiten Wellenlängenbereich hergestellt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Verwen dung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung von Licht im gelb-orangenen Wellenlängen bereich von besonderem Vorteil ist, da das erfindungsgemäße Verfahren in diesem Bereich gegen über allen anderen bekannten Verfahren besondere Vorteile aufweist.

So ist es beispielsweise möglich, den Laserübergang ⁴F_3/2-⁴I_11/2 eines Nd³⁺-dotierten Lasers, der in dem Wellenlängenbereich zwischen 1,05 und 1,09 µm oszilliert, mit dem Laserübergang ⁴F_3/2-⁴I_13/2 eines anderen Nd³⁺-dotierten Lasers, der in dem Wellenlängenbereich zwischen 1,3 und 1,4 µm oszil liert, zu mischen, wobei ein entsprechend geeignet orientierter nichtlinearer BiBO- oder MBiBO-Kristall verwendet wird. Dies führt dazu, daß eine relativ kleine, kostengünstige, langlebige und effiziente Lichtquelle für gelb-orangenes Licht in dem Wellenlängenbereich zwischen 0,58 und 0,61 µm verwirk licht wird.

Alternativ dazu kann auch beispielsweise der Laserübergang ⁴F_5/2-⁴I_7/2 eines Yb³⁺-dotierten Lasers, der in dem Wellenlängenbereich zwischen 1,0 und 1,1 µm oszilliert, mit dem Laserübergang ⁴F_3/2-⁴I_13/2 eines anderen Nd³⁺-dotierten Lasers, der in dem Wellenlängenbereich zwischen 1,3 und 1,4 µm oszil liert, unter Verwendung eines entsprechend geeignet orientierten nichtlinearen BiBO- oder MBiBO- Kristalls kombiniert werden. Dadurch wird ebenso eine effiziente Lichtquelle für gelb-orangenes Licht in dem Wellenlängenbereich zwischen 0,58 und 0,61 µm verwirklicht. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Nd³⁺-dotierte Lasermaterial für den Übergang ⁴F_3/2-⁴I_11/2 und für den Übergang ⁴F_3/2-⁴I_13/2 Nd³⁺-dotiertes YVO₄- oder Nd³⁺-dotiertes GdVO₄.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Nd³⁺-dotierte Lasermaterial aus einer Gruppe ausgewählt, die besteht aus: Nd:Y₃Al₅O₁₂, Nd:Gd₃Ga₅O₁₂, Nd³⁺- dotierten oder codotierten Granaten, Nd:YAlO₃, Nd:YLiF₄, Nd:LaSc₃(BO₃)₄, NdP₅O₁₂, LiNdP₄O₁₂, Nd:KY(WO₄)₂, Nd³⁺-dotierte oder codotierte Wolframate, Nd³⁺-dotierte oder codotierte Oxide, Nd³⁺- dotierte oder codotierte Fluoride oder Oxyfluoride.

Besonders bevorzugt wird das Yb³⁺-dotierte Lasermaterial aus einer Gruppe ausgewählt, die besteht aus: Yb:Y₃Al₅O₁₂, Yb³⁺-dotierten oder codierten Granaten, Yb:Sc₂O₃, Yb³⁺-dotierten oder codierten Sesquioxiden, Yb³⁺-dotierten oder codotierten Wolframaten, Yb³⁺-dotierten oder codotierten Oxiden, Yb³⁺-dotierten oder codotierten Fluoriden oder Oxyfluoriden, Yb³⁺-dotierten oder codotierten Boraten oder Oxoboraten.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Temperatur des nichtlinearen Kristalls BiBO oder MBiBO gesteuert, um eine Phasenanpassung zwischen den Laser übergängen ⁴F_3/2-⁴I_11/2 und ⁴F_3/2-⁴I_13/2 der Nd³⁺-dotierten Materialien zu erzielen.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird die eingangs erwähnte Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden mit den Merkmalen der von Anspruch 9 abhängigen Ansprüche verwirklicht.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und der dazu gehörigen Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Lasersystems, das die Merkmale der vorliegenden Erfindung verwirklicht,

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines alternativen Ausführungsform eines Lasersystems, das eben falls die Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweist, und

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform eines Lasersystems, welches die Merkmale der vorliegenden Erfindung beinhaltet.

In Fig. 1 ist eine diodengepumpte gelb-orangene Lichtquelle gezeigt, die die Merkmale der vorliegen den Erfindung verwirklicht. Mit L1 ist eine Lichtquelle bezeichnet, die mit einer Wellenlänge von 1,064 µm emittiert. In L1 ist daher ein Diodenlaser angeordnet, der bei einer Wellenlänge arbeitet, die an die Absorptionsbänder von Nd³⁺ angepaßt ist. Der Diodenlaser erzeugt einen Ausgangsstrahl, der ver wendet wird, um ein erstes Nd³⁺-dotiertes Lasermaterial optisch zu pumpen. Das Nd³⁺-dotierte Materi al ist dabei derart ausgewählt, daß es Licht mit einer Wellenlänge von 1,064 µm emittiert. In L2 wird ein zweiter Diodenlaser verwendet, der bei einer ähnlichen optimierten Wellenlänge arbeitet. Dieser Diodenlaser wird verwendet, um ein zweites Nd³⁺-dotiertes Lasermaterial optisch zu pumpen, welches dafür vorgesehen ist, dann Licht mit einer Wellenlänge von 1,34 µm zu emittieren. Die zwei Ausgangslaserstrahlen mit den Wellenlängen 1,064 und 1,34 µm werden dann über den Beamsplitter BS kom biniert, so daß sie sich zumindest stückweise entlang eines gemeinsamen Pfades im wesentlichen koaxial ausbreiten.

In den gemeinsamen Pfad ist eine Fokussiereinrichtung L eingefügt, welche die zwei Ausgangsstrah len in einen nichtlinearen BiBO-Kristall NL fokussiert, welcher derart orientiert, geschnitten und poliert ist, daß die phasenangepaßte Ausbreitung für die Summenfrequenzerzeugung der Laserstrahlen mit den Wellenlängen 1,064 und 1,34 µm möglich ist, wodurch effizient gelb-orangenes Licht erzeugt wird.

Vorzugsweise wird die Temperatur des nichtlinearen Kristalls mit einer Vorrichtung, wie beispielsweise einem Ofen oder einem thermoelektrischen Kühler, geregelt.

In einer anderen Ausführungsform, die den gleichen in Fig. 1 gezeigten Aufbau verwendet, kann das Lasermaterial aus den folgenden Nd³⁺-dotierten oder codotierten Materialien ausgewählt werden: Nd:YVO₄, Nd:GdVO₄, Nd:Y₃Al₅O₁₂, Nd:Gd₃Ga₅O₁₂, Nd³⁺-dotierten oder codotierten Granaten, Nd:YAlO₃, Nd:YLiF₄, Nd:LaSc₃(BO₃)₄, NdP₅O₁₂, LiNdP₄O₁₂, Nd:KY(WO₄)₂, Nd³⁺-dotierte oder codotier te Wolframate, Nd³⁺-dotierte oder codotierte Oxide, Nd³⁺-dotierte oder codotierte Fluoride oder Oxy fluoride. Diese Familie von Lasermaterialien ist für Laserausgangsstrahlen in den Wellenlängenberei chen zwischen 1,05 bis 1,09 µm und zwischen 1,3 bis 1,4 µm geeignet. Eine Wellenlänge aus jedem genannten Bereich wird in der Anordnung von Fig. 1 verwendet. Auch hier wird der nichtlineare BiB₃O₆ Kristall für die Summenfrequenzerzeugung verwendet. Vorzugsweise erfolgt für jedes gegebe ne Wellenlängenpaar, welches für die Summenfrequenzerzeugung verwendet wird, eine temperatur gesteuerte Phasenanpassung.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform, die ebenfalls den in Fig. 1 gezeigten Aufbau verwen det, wird das Lasermaterial für den Laser L1 aus den folgenden Yb³⁺-dotierten Lasermaterialien aus gewählt: Yb:Y₃Al₅O₁₂, Yb³⁺-dotierten oder codotierten Granaten, Yb:Sc₂O₃, Yb³⁺-dotierten oder codo tierten Sesquioxiden, Yb³⁺-dotierten oder codotierten Wolframaten, Yb³⁺-dotierten oder codotierten Oxiden, Yb³⁺-dotierten oder codotierten Fluoriden oder Oxyfluoriden, Yb³⁺-dotierten oder codotierten Boraten oder Oxoboraten. Das Lasermaterial für den Laser L2 kann aus den folgenden Nd³⁺-dotierten oder codotierten Materialien ausgewählt werden: Nd:YVO₄, Nd:GdVO₄, Nd:Y₃Al₅O₁₂, Nd:Gd₃Ga₅O₁₂, Nd³⁺-dotierte oder codotierte Granaten, Nd:YAlO₃, Nd:YLiF₄, Nd:LaSc₃(BO₃)₄, NdP₅O₁₂, LiNdP₄O₁₂, Nd:KY(WO₄)₂, Nd³⁺-dotierte oder codotierte Wolframate, Nd³⁺-dotierte oder codotierte Oxide, Nd³⁺- codierte oder codotierte Fluoride oder Oxyfluoride. Diese Kombination von Lasermaterialien ist für Laserausgangsstrahlen in den Wellenlängenbereichen zwischen 1,0 und 1,1 µm bzw. 1,3 und 1,4 µm geeignet. Aus jedem Bereich wird eine Wellenlänge in der Anordnung von Fig. 1 verwendet. Auch hier wird der nichtlineare Kristall BiBO für die Summenfrequenzerzeugung verwendet, wobei vorzugsweise für jedes Paar von Lichtwellenlängen, das für die Summenfrequenzerzeugung verwendet wird, eine entsprechende Temperatursteuerung für die Phasenanpassung erfolgt.

In Fig. 2 ist eine andere gelb-orangene Lichtquelle gezeigt, die ebenfalls die Merkmale der vorliegen den Erfindung aufweist. Ein Diodenlaser DL, der mit einer Wellenlänge arbeitet, die an die Absorpti onsbänder des Nd³⁺ angepaßt ist, erzeugt am Ort LK einen Ausgangsstrahl, der verwendet wird, um ein erstes Nd³⁺-dotiertes Lasermaterial optisch zu pumpen, das für die Lichtemission mit einer Wellen länge von 1,064 µm vorgesehen ist. Der Laserresonator wird von den drei Spiegeln, die mit M1 be zeichnet sind, gebildet. Die Spiegel M1 sind für Licht mit der Wellenlänge 1,064 µm hoch reflektierend. Mit L2 ist ein anderer Laser bezeichnet, der mit einer Wellenlänge von 1,34 µm emittiert. Die zwei Ausgangslaserstrahlen mit den Wellenlängen 1,064 und 1,34 µm verlaufen entlang des Pfades, in dem der nichtlineare Kristall BiBO eingefügt wird, koaxial. Der Ort des nichtlinearen Kristalls ist mit NL bezeichnet. Der nichtlineare Kristall ist orientiert, geschnitten und poliert, so daß die phasenangepaßte Ausbreitung für die Summenfrequenzerzeugung von 1,064 und 1,34 µm Strahlung innerhalb des Re sonators möglich ist, wodurch ebenfalls effizient gelb-orangenes Licht erzeugt wird. Einer der Spiegel M1 wird als Ausgangskoppler für die in dem nichtlinearen Kristall NL erzeugte Summenfrequenzstrah lung verwendet. Die Temperatur des nichtlinearen Kristalls NL wird vorzugsweise mit einer Vorrich tung, wie z. B. einem Ofen oder einem thermoelektrischen Kühler, geregelt.

In einer anderen Ausführungsform, die ebenfalls die in Fig. 2 gezeigte Anordnung verwendet, kann das Lasermaterial aus den folgenden Nd³⁺-dotierten oder codotierten Materialien ausgewählt werden: Nd:YVO₄, Nd:GdVO₄, Nd:Y₃Al₅O₁₂, Nd:Gd₃Ga₅O₁₂, Nd³⁺-dotierte oder codotierte Granate, Nd:YAIO₃, Nd:YLiF₄, Nd:LaSc₃(BO₃)₄, NdP₅O₁₂, LiNdP₄O₁₂, Nd:KY(WO₄)₂, Nd³⁺-codierte oder codotierte Wolfra mate, Nd³⁺-dotierte oder codotierte Oxide, Nd³⁺-dotierte oder codotierte Fluoride oder Oxyfluoride. Diese Gruppe von Lasermaterialien ist für Laserausgangsstrahlen in den Wellenlängenbereichen 1,05 bis 1,09 µm und 1,3 bis 1,4 µm geeignet. Aus jedem Bereich wird eine Wellenlänge in der Anordnung von Fig. 2 verwendet. Auch hier wird der nichtlineare Kristall BiB₃O₆ für die Summenfrequenzerzeu gung verwendet, wobei vorzugsweise eine temperaturgesteuerte Phasenanpassung für jedes gege bene Wellenlängenpaar, das in der Summenfrequenzerzeugung verwendet wird, erfolgt.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform, die ebenfalls die im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen Anordnung verwendet, wird als Lasermaterial für einen der Laser eines der folgen den Yb³⁺-dotierten Lasermaterialien ausgewählt: Yb:Y₃Al₅O₁₂, Yb³⁺-dotierte oder codotierte Granate, Yb:Sc₂O₃, Yb³⁺-dotierte oder codotierte Sesquioxide, Yb³⁺-dotierte oder codotierte Wolframate, Yb³⁺- dotierte oder codotierte Oxide, Yb³⁺-dotierte oder codotierte Fluoride oder Oxyfluoride, Yb³⁺-dotierte oder codotierte Borate oder Oxoborate. Als Lasermaterial für den anderen Laser kann eines der folgenden Nd³⁺-dotierten oder codotierten Materialien verwendet werden: Nd:YVO₄, Nd:GdVO₄, Nd: Y₃Al₅O₁₂, Nd:Gd₃Ga₅O₁₂, Nd³⁺-dotierte oder codotierte Granate, Nd:YAlO₃, Nd:YLiF₄, Nd:LaSc₃(BO₃)₄, NdP₅O₁₂, LiNdP₄O₁₂, Nd:KY(WO₄)₂, Nd³⁺-dotierte oder codotierte Wolframate, Nd³⁺- dotierte oder codotierte Oxide, Nd³⁺-dotierte oder codotierte Fluoride oder Oxyfluoride. Diese Kombi nation von Lasermaterialien ist für Laserausgangsstrahlen mit den Wellenlängen in den Bereichen von 1,0 bis 1,1 bzw. 1,3 bis 1,4 µm geeignet. Aus jedem Bereich wird eine Wellenlänge in einer Anordnung ähnlich der von Fig. 2 verwendet. Der nichtlineare Kristall BiB₃O₆ wird für die Summenfrequenzer zeugung verwendet, wobei auch hier vorzugsweise eine temperaturgeregelte Phasenanpassung für jedes gegebene Wellenlängenpaar, das für die Summenfrequenzerzeugung verwendet wird, erfolgt.

In Fig. 3 ist noch eine andere Anordnung für eine gelb-orangene Lichtquelle gezeigt, die die Merk male der vorliegenden Erfindung aufweist: Ein diodengepumpter Laserstrahl oszilliert zwischen den ebenen Spiegeln M1 und M12, und ein diodengepumpter Laserstrahl oszilliert zwischen den beiden ebenen Spiegeln M2 und M12. M1 ist für die Wellenlänge 1,34 µm in hohem Maße lichtdurchlässig und für die Wellenlänge 1,064 µm nahezu vollständig reflektierend. M2 ist für die Wellenlänge 1,064 µm in hohem Maße lichtdurchlässig und für die Wellenlänge 1,34 µm nahezu vollständig reflektie rend. Die M12-Spiegel sind für die beiden Wellenlängen nahezu vollständig reflektierend, während sie die Summenfrequenzstrahlung durchlassen. BS ist auch hier wieder ein Beamsplitter. Die zwei Ausgangslaserstrahlen mit den Wellenlängen 1,064 und 1,34 µm verlaufen entlang des Pfades, an dem der nichtlineare Kristall BiB₃O₆ (NL) eingesetzt wird, koaxial. Der Kristall ist orientiert, geschnit ten und poliert, so daß die phasenangepaßte Ausbreitung für die Summenfrequenzerzeugung mit 1,064 und 1,34 µm Strahlung innerhalb des Resonators möglich ist. Dadurch wird effizient gelb- orangenes Licht erzeugt. Der Spiegel M3 ist für die gelb-orangene Summenfrequenzstrahlung hoch reflektiv. Mit PR ist ein Prisma bezeichnet. Die Temperatur des nichtlinearen Kristalls NL wird vor zugsweise mit einer Vorrichtung, wie z. B. einem Ofen oder einem thermoelektrischen Kühler gere gelt.

In der Anordnung, die in Fig. 3 gezeigt ist, kann das Lasermaterial auch aus den folgenden Nd³⁺- dotierten oder codotierten Materialien ausgewählt werden: Nd:Nd:YVO₄, Nd:GdVO₄, Nd:Y₃Al₅O₁₂, Nd:Gd₃Ga₅O₁₂ Nd³⁺-dotierte oder codotierte Granate, Nd:YAlO₃, Nd:YLiF₄, Nd:LaSc₃(BO₃)₄, NdP₅O₁₂, LiNdP₄O₁₂, Nd:KY(WO₄)₂, Nd³⁺-dotierte oder codotierte Wolframate, Nd³⁺-dotierte oder codotierte Oxi de, Nd³⁺-dotierte oder codotierte Fluoride oder Oxyfluoride. Diese Gruppe von Lasermaterialien ist für Laserausgangsstrahlen in den Bereichen zwischen 1,05 und 1,09 µm und zwischen 1,34 und 1,4 µm geeignet. Aus jedem Bereich wird eine Wellenlänge in der Anordnung von Fig. 3 verwendet. Der nichtlineare Kristall BiB₃O₆ wird für die Summenfrequenzerzeugung verwendet, wobei vorzugsweise eine temperaturgeregelte Phasenanpassung für jedes gegebene Wellenlängenpaar erfolgt, das für die Summenfrequenzerzeugung verwendet wird.

In der Anordnung von Fig. 3 kann in einer alternativen Ausführungsform auch als Lasermaterial für einen der Laser aus den folgenden Yb³⁺-dotierten Lasermaterialien ausgewählt werden: Yb:Y₃Al₅O₁₂, Yb³⁺-dotierte oder codotierte Granate, Yb:Sc₂O₃, Yb³⁺-dotierte oder codotierte Sesquioxide, Yb³⁺- dotierte oder codotierte Wolframate, Yb³⁺-dotierte oder codotierte Oxide, Yb³⁺-dotierte oder codotier te Fluoride oder Oxyfluoride, Yb³⁺-dotierte oder codotierte Borate oder Oxoborate. Für den anderen Laser kann aus den folgenden Nd³⁺-dotierten oder codotierten Materialien ausgewählt werden: Nd:YVO₄, Nd:GdVO₄, Nd:Y₃Al₅O₁₂,, Nd:Gd₃Ga₅O₁₂, Nd³⁺-dotierte oder codotierte Granate, Nd:YAlO₃, Nd:YLiF₄, Nd:LaSc₃(BO₃)₄, NdP₅O₁₂, LiNdP₄O₁₂, Nd:KY(WO₄)₂, Nd³⁺-dotierte oder codotierte Wolfra mate, Nd³⁺-dotierte oder codotierte Oxide, Nd³⁺-dotierte oder codotierte Fluoride oder Oxyfluoride.

Diese Kombination von Lasermaterialien ist für Laserausgangsstrahlen in den Frequenzbereichen zwischen 1,0 und 1,1 µm und zwischen 1,3 und 1,4 µm geeignet. In der Anordnung von Fig. 3 wird aus jedem Bereich eine Wellenlänge verwendet. Auch hier wird der nichtlineare Kristall BiB₃O₆ für die Summenfrequenzerzeugung verwendet. Vorzugsweise erfolgt eine temperaturgeregelte Phasenan passung für jedes gegebene Wellenlängenpaar, das für die Summenfrequenzerzeugung verwendet wird.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung von kohärentem Licht mit Hilfe von Frequenzkonversion, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlinear optischen Eigenschaften der Wismutborate mit der Zu sammensetzung Bi_1-xM_xB₃O₆, wobei M für Ga, In, Sc oder ein Selten-Erd-Element steht und x einen Wert zwischen 0 und 0,5 einnimmt, ausgenutzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kohärentes gelb-orangenes Licht, vorzugsweise Licht mit einer Wellenlänge zwischen 0,579 und 0,614 µm, erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lichterzeugung die Summenfrequenzkonversion verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lichterzeugung die Summen frequenzkonversion zweier Lichtquellen ausgenutzt wird, wobei die eine Lichtquelle Licht mit einer Wellenlänge zwischen 1 und 1,1 µm und die andere Lichtquelle Licht mit einer Wellen länge zwischen 1,3 und 1,4 µm emittiert.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lichtquellen kohären tes Licht bzw. Laserlicht emittieren und als Lasermaterialien für die beiden Lichtquellen ge eignete Nd³⁺- oder Yb³⁺-dotierter Lasermaterialien aus der Gruppe ausgewählt werden, die besteht aus: Nd:Y₃Al₅O₁₂,, Nd:Gd₃Ga₅O₁₂, Nd³⁺-dotierte oder codotierte Granate, Nd:YAlO₃, Nd:YLiF₄, Nd:LaSc₃(BO₃)₄, NdP₅O₁₂, LiNdP₄O₁₂, Nd:KY(WO₄)₂, Nd³⁺-dotierte oder codotierte Wolframate, Nd³⁺-dotierte oder codotierte Oxide, Nd³⁺-dotierte oder codotierte Fluoride oder Oxyfluoride, Yb:Y₃Al₅O₁₂, Yb³⁺-dotierte oder codotierte Granate, Yb:Sc₂O₃, Yb³⁺-dotierte oder codotierte Sesquioxide, Yb³⁺-dotierte oder codotierte Wolframate, Yb³⁺-dotierte oder codo tierte Oxide, Yb³⁺-dotierte oder codotierte Fluoride oder Oxyfluoride, Yb³⁺-dotierte oder codo tierte Borate oder Oxoborate.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Wismutborats geregelt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wismutbo rat innerhalb eines Resonators verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wismutbo rat außerhalb eines Resonators verwendet wird.

9. Vorrichtung zur Erzeugung von kohärentem Licht mit Hilfe von Frequenzkonversion mit einer ersten Laserquelle und einer zweiten Laserquelle, deren Laserstrahlung parallel vorzugswei se mit Hilfe einer optischen Fokussiereinrichtung auf einen nichtlinearen Kristall fokussiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Kristall ein Wismutborat mit der Zusam mensetzung Bi_1-xM_xB₃O₆, wobei M für Ga, In, Sc oder ein Selten-Erd-Element steht und x ei nen Wert zwischen 0 und 0,5 einnimmt, ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Laserquelle für die Emission von Laserlicht mit einer Wellenlänge zwischen 1 und 1,1 µm und die andere La serquelle für die Emission von Laserlicht mit einer Wellenlänge zwischen 1,3 und 1,4 µm vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Lasermaterialien für die beiden Laserquellen geeignete Nd³⁺- oder Yb³⁺-dotierter Lasermaterialien aus der Gruppe ausgewählt werden, die besteht aus: Nd:Y₃Al₅O₁₂,, Nd:Gd₃Ga₅O₁₂, Nd³⁺-dotierte oder codo tierte Granate, Nd:YAlO₃, Nd:YLiF₄, Nd:LaSc₃(BO₃)₄, NdP₅O₁₂, LiNdP₄O₁₂ Nd:KY(WO₄)₂, Nd³⁺-dotierte oder codotierte Wolframate, Nd³⁺-dotierte oder codotierte Oxide, Nd³⁺-dotierte oder codotierte Fluoride oder Oxyfluoride, Yb:Y₃Al₅O₁₂, Yb³⁺-dotierte oder codotierte Granate, Yb:Sc₂O₃, Yb³⁺-dotierte oder codotierte Sesquioxide, Yb³⁺-dotierte oder codotierte Wolframa te, Yb³⁺-dotierte oder codotierte Oxide, Yb³⁺-dotierte oder codotierte Fluoride oder Oxyfluori de, Yb³⁺-dotierte oder codotierte Borate oder Oxoborate.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tempe raturregelungseinrichtung für die Regelung der Temperatur des nichtlinearen Kristalls vorge sehen ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtli neare Kristall innerhalb eines Resonators angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtli neare Kristall außerhalb eines Resonators angeordnet ist.