DE10130845A1 - Anordnungen zur Frequenzkonversion mit doppelbrechendem Strahlversetzer - Google Patents

Anordnungen zur Frequenzkonversion mit doppelbrechendem Strahlversetzer

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Abstract

Laser stellen für viele Anwendungen flexible Werkzeuge dar. Dennoch wird ihr Einsatz für andere viele Anwendungen durch die Eigenschaften verfügbarer Laserstrahlquellen begrenzt. Einer der limittierenden Faktoren ist die begrenzte Verfügbarkeit der Wellenlängen. Mit Hilfe von nichtlinearen Prozessen können Strahlen mit neuen Wellenlängen generiert und somit das Spektrum von Laserstrahlen erweitert werden. Die zentrale Aufgabe dieser vorliegenden Erfindung besteht darin, Anordnungen zur Frequenzkonversion anzugeben, die eine hoch effiziente Frequenzkonversion unter Nutzung eines einfachen, kompakten und stabilen Aufbaus ermöglichen. Bei den Anordnungen gemäß der Erfindung wird mindestens ein doppelbrechender Beam-Displacer (BD) und bei Bedarf Elemente zur selektiven Polarisationsveränderung von beteiligten Wellen unterschiedlicher Wellenlängen verwendet. Der BD dient zur Zusammenführung der Strahlen unterschiedlicher Wellenlängen und/oder zur Auskopplung der in frequenzkonvertierten Strahlen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Anordnungen zur Frequenzkonversion unter Verwendung von mindestens einem doppelbrechender Beam-Displacer (BD). Der BD dient zur Zusammenführung der Strahlen unterschiedlicher Wellenlängen und/oder zur Auskopplung der in frequenzkonvertierten Strahlen.
  • Laser stellen für viele Anwendungen als flexible Werkzeuge dar. Dennoch wird ihr Einsatz für andere viele Anwendungen durch die Eigenschaften verfügbarer Laserstrahlquellen begrenzt. Ein der limitierenden Faktor ist die begrenzte Verfügbarkeit der Wellenlängen. Mit Hilfe von nichtlinearen Prozessen können Strahlen mit neuen Wellenlängen generiert und somit das Spektrum von Laserstrahlen erweitert werden.
  • Unter den nichtlinearen Prozesse sind insbesondere zu nennen: Summen- und Differenzfrequenzerzeugung und Frequenzverdopplung in nichtlinearen Medien wie LBO, BBO, KTP, CLBO, KDP, RTA, PPLN, etc., sowie Weisslichterzeugung mit nichtlinearen photonischen Wellenleitern.
  • Die zentrale Aufgabe dieser vorliegenden Erfindung besteht darin, Anordnungen zur Fequenzkonversion anzugeben, die eine hoch effiziente Frequenzkonversion unter Nutzung eines einfachen, kompakten und stabilen Aufbau ermöglichen.
  • Das Kernelemente in den Anordnungen gemäß dieser Erfindung sind ein Beam-Displacer und bei Bedarf Elemente zur selektiven Polarsiationveränderung von beteiligten Wellen unterschiedlicher Wellenlängen. Beim Beam-Displacer handelt es sich um ein doppelbrechendes Medium, wobei beim Eintritt in das Medium und Austritt aus dem Medium die Strahlen unterschiedlicher Polarisation unterschiedlich gebrochen wird (vgl. Bild 17a). Bei dem Beispiel im Bild 19a fällt ein Strahl, der sowohl s- als auch p-polarisierte Komponente enthält, senkrecht in den Beam-Displacer ein. Der Beam-Displacer ist so konfiguriert, daß beim Eintreten die s-polarisierte Komponente sich ungebrochen wird, während die p- polarisierte Komponente nach oben gebrochen wird. Beim Austreten wird die s-Komponente wie beim Eintreten nicht gebrochen, während die p-polarisierte Komponente nach unten gebrochen wird. Durch Brechung beim Eintreten und Austreten entsteht ein laleraler Versatz zwischen die beiden Komponenten. Beim Beam-Displacer mit parallelen Eintritts- und Austrittsfläche breiten sich dei beiden Strahlen unterschiedlicher Polarisationen nach dem Durchgang mit einem lateralen Versatz parallel aus. Unter den doppelbrechenden Medien sind zu nennen: YVO4, BBO, Quartz, LiNbO3, etc..
  • Das Element zur Veränderung der Polarisation kann eine Verzögerungplatte (auch Phasenverzögerungsplatte), eine Rotator aus wie Quartz, Faraday-Rotator aus TGG oder YIG, etc. sein. Es hat die Eigenschaft, daß im Element Strahlen unterschiedlicher Polarisation sich unterschiedlich schnell ausbreiten, so daß nach einem Durchgang durch das Element die. Phasen unterschiedlicher Polarisation ungleiche Verzögerung erfahren und so relative Phasenbeziehung zwischen den unterschiedlichen Polarisationskomponenten und der Polarisationszustand geändert wird. Z. B. bei einer λ/4-Verzögerungsplatte wird ein linearer polarisierter Strahl zu einem zirkular oder elliptisch polarisierten Strahl (vgl. Bild 17b), wenn die Polarisation des einfallenden Strahls unter 45° zur optischen Achse steht. Bei einer λ/2-Verzörgerungsplatte dreht sich die Polarisation um einen Winkel, der doppelt so groß wie der Winkel zwischen der Eingangspolarisation und der optischen Achse der Platte. Die Verzögerungsplatte kann aus Einkristall-Quartz, YVO4, BBO etc bestehen (vgl. Bild 17c).
  • Ein Rotator ist gekennzeicht, daß die Polarisation sich in Abhängigkeit der Ausbreitungsweg im Rotator dreht (vgl. Bild 17d).
  • Bild 1 zeigt eine erste Ausführung der Anordnungen gemäß dieser vorliegenden Erfindung. Dabei werden zwei Verstärkerungsmedien (11) und (21), die jeweils die Welle mit der Wellenlänge λ1 und λ2 emittieren. Die Spiegel (4) und (6) bzw. die Spiegel (5) und (6) bilden jeweils einen Resonator für die Welle λ1 und λ2. Die beiden Wellen weisen senkrecht zueinander stehende lineare Polarisation auf. Das mit der Ziffer 3 gekennzeichnete Block stellt einen Beam-Displacer dar. Durch den Beam-Displacer werden die λ1 und λ2 koaxial überlagert bzw. parallel versetzt. Damit kann eine Laseranordnung realisiert werden, die zwei im wesentlichen parallel zueinander Resonatorstrecken und eine gemeinsame Resonatorstrecke aufweisen. In der gemeinsamen Strecke wird ein nichtlineares Medium (2) verwendet. Es dient zur Frequenzkonversion. In dieser Ausführung wird Summen- oder Differenzfrequenz erzeugt. Der Faltspiegel ist ein dichroitisch beschichteter Spiegel mit HR@λ1&λ2 und HT@λ(1/λ = 1/λ1 +(-) 1/λ2) und dient zur Auskopplung der Summen- bzw. Differenzfrequenz.
  • Bild 2 zeigt eine wenig abgewandelte Ausführung zur ersten. Bei dieser Ausführung werden ein Verstärkungsmedium (11) verwendet, es mindestens die beiden Wellenlängen λ1 und λ2 verstärken kann. Die beiden Wellenlängen λ1 und λ2 haben zwar das gemeinsame Verstärkungsmedium, laufen aber räumlich getrennt durch das Verstärkungsbereiche. Durch Nutzung eines gemeinsamen Verstärkungsmediums kann eine stabile und kompakte Realisieurng erzielt werden.
  • Eine weitere vereinfachte und stabile Ausführung zeigt Bild 3. Hierbei werden die Spiegel (4) und (5) durch einen gemeinsamen Spiegel (5) ersetzt. Für Medien, die verschiedene Wellenlängen mit unterschiedlichen stimulierten Qerschnitten verstärken, ist notwendig, Resonatorspiegel mit definierter Spektraleigenschaften zu verwenden, um die gewünschte Wellenlänge zu erhalten und die andere Wellenlängen zur unterdrücken. Bei dieser Ausführung hat die Wellenlänge λ2 die maximale Verstärkung und die Wellenlänge λ1 eine geringere Verstärkung. Zur Erzeugung der Wellenlänge λ1 wird auf dem Spiegel (5) die Stelle (51) so beschichtet, dass die Wellenlänge λ1 hoch reflektiert wird und für die Wellenlänge λ2 hoch transmittierend ist.
  • Eine Variation zur Summen- bzw. Differenzfrequenz-Erzeugung kann neue Frequenz sehr einfach realisiert werden, indem durch die Orietierung und/oder die Temperatur vom nichtlinearen Medium die Frequenzverdopplung von der Welle λ1 und λ2 erzielt werden.
  • Bild 4 zeigt eine Ausführung, bei der die beiden Wellen die gleiche Wellenlänge λ1 hat. In diesem Fall wird die zweite Harmonische (10) mit λ = λ1/2 (die Frequenzverdopplung, entartete Summenfrequenz) durch das nichtlineare Medium (22), das in der gemeinsamen Strecke positioniert ist, generiert.
  • Bild 5 zeigt eine weitere Ausführung zur Frequenzverdopplung. Bei dieser Ausführung wird der Faltspiegel (7) erspart, was eine Vereinfachung bedeutet. Die λ/4-Verzögerungsplatte (8) hat die Funktion, die beiden Verstärkungsstrecken in hintereinander zu schalten. Angenommen wird, daß in der oberen Verstärkungsstrecke die Welle die p-Polarisation hat. Nach dem Beam-Displacer wird die Welle nach unten parallel versetzt. Nach einem zweifachen Durchgang durch die λ/4-Verzögerungsplatte (8) wird die Welle in die s- Polarisation gewandelt. Sie läuft gerade aus durch den Beam-Displacer und wird durch die untere Verstärkungsstrecke verstärkt. Während den Durchgänge durch das nichtlineare Medium (22) wird die zweite Harmonische erzeugt. Die Verzögerungsplatte (9) ist so beschaffen, daß die Polarisation der zweiten Harmonische nach einem Einfachdurchgang in p-polarisiert transforniert wird, während die Polarisation der Welle λ1 nach Zweifachdurchgang durch die Verzögerungsplatte erhalten bleibt. Damit kann die zweite Harmonische durch Mitwirkung des Beam-Displacer und zwar ohne den dichroitischen Faltspiegel ausgekoppelt werden.
  • Die oben diskutierte Ausführungen können zur Erzeugung neuer Wellenlängen verwendet werden. Ein erstes Beispiel zeigt Bild 6. Dabei werden zwei nichtlineare Medien (2, 32) zur Erzeugung von Summenfrequenz verwendet. Konkret wird im Kristall (2) die Summenfrequenz (1/λ1 + 1/λ2) generiert. Die Spiegel (4, 6) bilden den Resonator für die Welle λ1 und die Welle mit der Summenfrequenz (1/λ1 + 1/λ2). Das nichtlineare Medium (32) erzeugt die Summenfrequenz von (1/λ = 1/λ1 + 1/λ2 + 1/λ1). Die Verzögerungsplatte (9) hat die Eigenschaften, daß die Polarisation der Summenfrequenz (1/λ = 1/λ1 + 1/λ2 + 1/λ1) bei diesem Beispiel in s-polarisiert umgewandelt wird, während die Polarisation der Wellen mit Frequenz (1/λ1) und (1/λ1 + 1/λ2) erhalten bleibt.
  • Bild 7 zeigt eine verwandte Ausführung zum Bild 6. Dabei gilt λ1 = λ2.
  • Bild 8 zeigt eine Ausführung zur Erzeugung der 4ten Harmonische. Dabei wird die zweite Harmonische im nichtlinearen Medium (22) erzeugt. Die Spiegel (5, 6) werden so ausgelegt und angeordnet, daß sie einen Resonator für die zweite Harmonische bilden. Das nichlineare Medium (52) generiert die vierte Harmonische von λ1. Die Auskopplung der vierten Harmonische erfolgt in Analog zum Bild 6 und 7.
  • Zur Steigerung der erzielbaren Leistung bzw. zur weiteren Erweiterung der Wellenlänge können weitere Oszillatoren ggbfs verschiedener Frequenz parallel geschaltet. Bild 9 zeigt eine Laseranordnung, wo das Verstärkungsmedium (11) fünf Verstärkungsbereiche aufweist. Zwei λ1/4-Verzörgerungsplatten (28, 29) werden jeweils an beiden Enden des Beam- Displacer (3) angeordnet. Damit werden alle Verstärkungsbereiche hinter einander geschaltet. Die Frewuenzverdopplung erfolgt durch das nichtlinesre Medium (22). Die Auskopplung erfolgt in Analog zum Bild 5.
  • Eine Konkretisierung der im Bild 3 dargestellten Ausführung zur Erzeugung von Summenfrequenz zeigt das Bild 10. Hier wird ein Nd:YLF-Kristall als Verstärkungsmedium verwendet. Die c-Achse des Nd:YLF-Kristalls steht senkrecht zur Papierebene. In unterer Verstärkerungsstrecke wird die s-polarisierte (σ-polarisierte) Welle bei 1047 nm erzeugt. Die Stelle (51) auf dem Spiegel (5) wird so beschichtet, daß sie hochreflektierend für die Wellen 1313 nm und hochtransmittierend für die Welle 1053 nm wird. Damit generiert die obere Verstärkungsstrecke die Wellenlänge 1313 nm. Durch Summenfrequenzbildung im nichtlinearen Medium (2) die Wellenlänge 583 nm (Gelbe Strahlung) generiert. Solche Wellenlänge hat große Anwednungspotential für die Medizin.
  • Zur Modulation der Leistung kann auch Modulatoren innerhalb der Resonatoren integriert werden. Des weiteren kann auch sättigbare Absorber und/oder Kerr-Lens-Effekt zur zur Modulation der Laserleistung verwendet bzw. ausgenutzt werden.
  • Bei allen oben diskutierten Ausführungsbeispielen werden die für Frequenzkonversion benötigten Grundwellen innerhalb den Resonatoren, in die die nichtlinearen Medien integriert sind, generiert. Davon abweichend kann Anordnungen zur Frequenzkonversion realisiert werden, bei denen mindenstens eine Grundwelle außerhalb den Resonatoren generiert wird. Ein Beispiel dazu zeigt Bild 11. Dabei wird die Grundwelle λ2 durch den Spiegel (5) in den durch die Spiegel (5, 6) gebildeten passiven Resonator eingekoppelt. Die Länge des passiven Resonators wird so eingestellt, daß die Intensität der Grundwelle λ2 durch Resonanz erhöht wird, was für eine effiziente Frequenzkonversion unerläßlich ist. In dem nichtlinearen Medium (2) wird die Summenfrequenz erzeugt.
  • Es ist hinsichtlich der Stabilität vorteilhaft die Spiegel (4) und (5) zu einem Spiegel (5) zusammenzufassen (vgl. Bild 12). Zur Längeneinstellung des passiven Resonators kann ein Prismenpaar (66) verwendet werden. Dabei wird die Resonatorlänge durch laterale Verschiebung der Prismen realisiert.
  • Bild 13 zeigt ein Beispiel für Frequenzvervierfachung. Die Grundwelle λ1 wird in den passiven Resonator eingekoppelt. Die Spiegel (5, 6) bilden einen passiven Resonator für die Grundwelle λ1. Im nichtlienaren Medium (2) wird die zweite Harmonische erzeugt. Durch den von Spiegel (5) und (6) gebildeten passiven Resonator wird die Intensität der zweiten Harmonische aufgebaut, was für eine effiziente Frequenzvervierfachung im nichtlinearen Medium (22) ermöglicht. Die Verzögerungsplatten (29) bzw. (28) hat jeweils die Funktion, die zweite Harmonische und die viete Harmonische in p-Polarisation bzw. s-Polarisation zu transformieren, ohne dabei der Polarisation der anderen Welle zu ändern.
  • Zur Reduzierung der Abmessung und der Herstellungskosten können mindestens teilweise die in den Verstärkeranordnungen verwendeten Komponenten z. B. der Strahlversetzer und die Verzögerungsplatten z. B. durch Aufkleben, oder Aufspringen zusammengefasst werden (vgl Bild 14, 15). Es ist vorteilhaft, wenn z. B. die Verzögerungsplatten durch doppelbrechende Schichten auf den Strahlversetzter und/oder auf das Verstärkerungsmedium realisiert werden.
  • Die minimale Baugröße und die minimale Kosten werden erzielt, wenn alle in der Verstärkeranordnungen verwendeten Komponenten zusammengefasst und in Wafer-Form hergestellt werden. Dies ist insbesordere interessant für Halbleiterlaser. Bei VCSELs können die Komponenten wie Spiegel, Quantum-Well (Verstärkerungmedium), die doppelbrechenden Schichten auf Strahlversetzter z. B. durch MBE oder MOCVD aufgewachsen bzw. aufgebracht werden (vgl Bild 14 und 15).
  • Die Verstärkungsmedien können in mehreren physikalisch getrennten und verstärkungsfähigen Medien sein. Es ist jedoch einfach handzuhaben, die Verstärkungsbereiche in einem kontinuierlich ausgedehnten Verstärkungsmedium zu generieren (vgl. Bilder 16a, 16b und 16c). Das Verstärkungsmedium kann Gas, Festkörper, Halbleiter, Lichtwellenleiter (bzw. Faser), Polymer, etc. sein. Beispiel vom Festkörpermedium sind Nd:YVO4, Nd:YAG, Nd:YLF, Yb:YAG, etc.. Geometrisch kann das Festkörpermedium in Form von Stab, Stab oder Scheiben, etc. ausgebildet sein.
  • Beim Halbleiter sind u. a. zu nennen: AlGaAs basierte Materialien mit Quantum-Well Strukturen. Es gibt hierbei im wesentlichen zwei Ausführungsformen: zu einem Kantenemittern (edge emitter), wo die Strahlung sich im wesentlichen in der Ebene vom Quantum-Well ausbreiten, zu anderem Oberflächenemittern (VCSEL), wo die optische Achse senkrecht zur Ebene vom Quantum-Well steht.
  • Die Erzeugung der Verstärkungsbereiche kann optisch oder elektrisch erfolgen. Bei einem gasförmigen Verstärkungsmedium kann die Verstärkung durch Entladung generiert werden. Auch chemische und biologische Prozesse können zur Erzeugung von Verstärkung benutzt werden. Im Fall optisches Pumpens können Diodenlaserstrahlung verwendet werden. Dabei können die Pumpstrahlen quer zur Achse der Verstärkeranordnung erfolgen. Bevorzugte Ausführung dabei ist die Endpumpen, wobei die Pumpstrahlung im wesentlichen parallel oder antiparallel zu Laserstrahlen verläuft (vgl. Bild 16a).
  • Beim Diodenlaser aus Halbleiter wird vorzugsweise die Verstärkung durch Ströme erzeugt. In diesem Fall verlaufen die Grenz der Verstärkungsbereiche vorzugsweise geradelinig (vgl. Bild 16b).
  • Die oben diskutierten Anordungen können auch verwendet werden, wo die Verstärkungsbereiche so angeordnet werden, so daß einen kontinuierlich ausgedehnten Verstärkungsbereich gebildet wird (vgl. Bild 16c).
  • Zur Verlängerung der Wechselwirkungszone für Laserstrahlen mit Medium können die Verstärkungsbereiche mit wellenführender Funktion ausgestattet werden, so wie bei Diodenlaser und Faserlasern.
  • Die Einzelheiten der Verstärkeranordnungen gemäß dieser vorliegenden Erfindung sind beispielsweise in den folgenden Bilder skiziert:
  • Bild 1: Eine erste Anordnung zur Summen- bzw. Differenzfrequenzerzeugung, wo im wesentlichen zwei Lasermedien bei jeweils λ1 und λ2, ein nichtlienares Kristall und ein Beam-Displacer verwendet werden.
  • Bild 2: Eine Ausführung in Analog zum Bild 1, aber die beiden Lasermedien durch ein ausgedehntes Medium ersetzt wird.
  • Bild 3: Eine verwandte Anordnung, aber die beiden Spiegel (4, 5) zusammengefasst sind.
  • Bild 4: Eine Anordnung zur Frequenzverdopplung. Hier erfolgt die Auskopplung durch den dichroitischen Spiegel (7).
  • Bild 5: Eine Variation vom im Bild 4, wobei durch das Zusammenwirken von der Verzögerungsplatte (9) und dem Beam-Displacer ausgekoppelt wird.
  • Bild 6: Eine Ausführung zur zweifachen Summenfrequenzerzeugung.
  • Bild 7: Eine Variation zum Bild 6, wobei λ1 = λ2.
  • Bild 8: Eine Anordnung zur Frequenzvervierfachung.
  • Bild 9: Eine Anordnung zur Skalierung der erzielbaren frequenzkonvertierten Strahlleistung, indem mehrere Verstärkungsstrecken durch λ/4-Verzögerungsplatten (8, 9) hintereinander geschaltet wird.
  • Bild 10: Ein Ausführungsbeispiel zur Erzeugung von Gelbstrahlung bei einer Wellenlänge 583 nm, wobei ein Nd:YLF-Kristall verwendet mit zwei gepumpten Strecken wird. Die beiden Verstärkungsstrecken erzeugen die Wellenlängen von 1313 nm und 1047 nm.
  • Bild 11: Eine Ausführung zur Summen- bzw. Differenzfrequenzerzeugung, wobei die Grundwelle λ2 durch einen extra Laser bereitgestellt wird.
  • Bild 12: Eine Variation zum Bild 11, wobei die Spiegel (4, 5) durch einen Spiegel (5) zusammengefasst werden.
  • Bild 13: Eine Anordung zur Frequenzvervierfachung.
  • Bild 14: Eine Ausführung, wo das aktive Medium (11) und der Strahlversetzer (3) jeweils mit mit einer reflektiven Schichte (72, 73) vorgesehen werden und die Verzögerungsplatten (77, 78) auf das Verstärkungsmedium bzw. den Strahlversetzer angebracht werden.
  • Bild 15: Eine Ausfürhung, wo alle Komponenten (72, 73, 77, 78, 11) durch Verfahren wie MBE, MOCVD, MOVPE auf den Strahlversetzer (3) und in Form von Wafer hergestellt werden.
  • Bild 16a: Ein zusammenhängendes Verstärkungmedium mit 5 diskret und optisch gepumpten Verstärkungsbereichen.
  • Bild 16b: Ein zusammenhängendes Verstärkungsmedium mit 5 diskret Bereichen, die z. B. elektrisch gepumpt werden.
  • Bild 16c: Ein Verstärkungsmedium mit einem zusammenhangenden Verstärkungsbereich.
  • Bild 17a: Ein Beam-Displacer.
  • Bild 17b: Eine λ/4-Verzögerungsplatte.
  • Bild 17c: Eine λ/2-Verzögerungsplatte.
  • Bild 17d: Ein Poalrisationsrotator.

Claims (41)

1. Optische Anordnung zur nichtlinearen Frequenzkonversion mit mindestens einem nichtlinearen Medium, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein doppelbrechender Beam-Displacer zur Zusammenführung oder Aufspaltung der Grundwellen und/oder zur Auskopplung der durch das nichtlineare Medium erzeugten Wellen verwendet wird
2. Optische Anordnung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Element zur definierten wellenlängenabhängigen Polarisationsänderung verwendet wird.
3. Optische Anordnung nach dem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Verstärkerungsmedien (11) und (21), die jeweils die Welle mit der Wellenlänge λ1 und λ2 emittieren verwendet werden, wobei die Spiegel (4) und (6) bzw. die Spiegel (5) und (6) jeweils einen Resonator für die Welle λ1 und λ2 bilden, wobei die beiden Wellen senkrecht zueinander stehende lineare Polarisation aufweisen, wobei durch den Beam-Displacer (3) eine geimeinsame Resonatorstrecke für die beiden Wellen generiert wird und in der gemeinsamen Resonatorstrecke die Summen- oder die Differenzfrequenz innerhalb eines nichtlinearen Mediums (2) erzeugt wird.
4. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsames Verstärkungsmedium verwendet wird, mit dem die beiden Wellen λ1 und λ2 verstärkt werden.
5. Optische Anordnung zur nichtlinearen Frequenzkonversion nach dem Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsmedium zwei Verstärkungsbereiche hat, die jeweils für die Welle λ1 und λ2 vorgesehen sind.
6. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, die beiden Wellen λ1 und λ2 gemeinsame Resonatorspiegel (5) und (6) haben.
7. Optische Anordnung nach dem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Spiegel (5) mindestens eine Stelle (51) haben, die unterschiedlich spektralen Eigenschaften aufweisen.
8. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wellen die gleiche Wellenlänge λ1 hat.
9. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskopplung der frequenzkonvertierten Strahlung durch einen dichroitisch beschichteten Spiegel (7) erfolgt wird.
10. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzkonvertierte Strahlung durch eine Verzögerungsplatte (9) und den Beam- Displacer (3) ausgekoppelt wird.
11. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine λ/4-Verzögerungsplatte (8) verwendet wird, mit der die beiden Verstärkungsstrecken im Verstärkungsmedium (11) hintereinander verbunden werden, wobei die Frequenz durch ein nichtlinesares Medium (20) verdoppelt wird.
12. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine λ/4-Verzögerungsplatte (8) verwendet wird, mit der eine weitere Verstärkungsstrecke hintereinander zur Erhöhung der Leistung verbunden werden.
13. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei λ/4-Verzögerungsplatten (28 und 29) verwendet wird, mit denen mehrere Verstärkungsstrecken hintereinander zur Erhöhung der Leistung geschaltet werden.
14. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein weiteres nichtlineares Medium (32, 42, 52) zur weiterführenden Frequenzkonverison verwendet wird.
15. Optische Anordnung nach dem Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Hamonische 4/λ1 erzeugt wird.
16. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärkungsmedium ein doppelbrechendes Kristall verwendet wird.
17. Optische Anordnung nach dem Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Kristall ein Nd:YVO4-Kristall ist.
18. Optische Anordnung nach dem Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reduzierung der Wahrscheinlichkeit der Selbst-Oszillation das Nd:YVO4-Kristall so orientiert wird, dessen c-Achse in der Faltungsebene liegt.
19. Optische Anordnung nach dem Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Kristall ein Nd:YLF-Kristall ist, dessen c-Achse senkrecht zur Faltungsebene steht.
20. Optische Anordnung nach dem Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Nd:YLF-Kristall zwei Verstärkungsbereiche aufweist, wobei die beiden Verstärkungsbereiche jeweils die Welle mit λ1 = 1313 nm bei π-Polarisation und die Wellen λ1 = 1047 nm bei σ-Polarisation verstärkt und wobei im nichtlinearen Medium (2) die Summenfrequenz mit λ1 = 583 nm erzeugt wird.
21. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß jenach der Orientierung und/oder der Temperatur des nichtlinearen Mediums die Summenfrequenz (1/λ1 + 1/λ2), oder die Doppelfrequenz (2/λ1) oder (2/λ2) erzeugt wird.
22. Optische Anordnung nach dem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Welle extern generiert wird und durch einen Resonatorspiegel in einen passiven Resonator eingekoppelt wird.
23. Optische Anordnung nach dem Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Resonanzbedingung mittels Veränderung der Resonatorlänge ein Prismenpaar verwendet wird.
24. Optische Anordnung nach dem Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein weiteres nichtlineares Medium ein (28) die vierte Harmonische erzeugt wird.
25. Optische Anordnung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsmedium ein Halbleiter mit Quantum-Well ist.
26. Optische Anordnung nach dem Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter auf AlGaAs basiert.
27. Optische Anordnung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsmedium ein Polymer ist.
28. Optische Anordnung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsbereiche elektrisch (Ströme oder Entladung) erzeugt werden.
29. Optische Anordnung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsbereiche durch optisches Pumpen mit Strahlung erzeugt werden.
30. Optische Anordnung nach dem Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpstrahlung im wesentlichen parallel oder antiparallel zu der vom Verstärkungsmedium abgegebenen Strahlung steht.
31. Optische Anordnung nach dem Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpstrahlung von Diodenlasern geliefert wird.
32. Optische Anordnung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsbereiche wellenführende Funktion aufweisen.
33. Optischer Verstärker nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsbereiche so angeordnet werden, so daß einen kontinuierlich ausgedehnten Verstärkungsbereich gebildet wird.
34. Optische Anordnung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Modulator verwendet wird, mit dem die Verlust von mindestens einem Verstärkungsbereich verändert wird.
35. Optische Anordnung nach dem Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator ein A/O-Modulator oder ein E/O-Modulator ist.
36. Optische Anordnung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein sättigbarer Absorber verwendet wird, so daß die Verlust von mindestens einem Verstärkungsbereich abhängig von Intensität sich variiert.
37. Optische Anordnung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsmedium Komponente zur Verstärkung und Komponente zur sättigbaren Absorption enthält.
38. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die verwendeten Komponenten z. B. der Strahlversetzer und die Verzögerungsplatten teilweise z. B. durch Aufkleben, oder Aufspringen zusammengefaßt werden.
39. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegel und/oder die Verzögerungsplatten durch Schichten bzw. doppelbrechende Schichten auf dem Verstärkungsmedium und/oder dem Strahlversetzer realisiert werden.
40. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Komponenten in Form von Wafer zusammenhängend durch Beschichtung aufgewachsen werden.
41. Optische Anordnung nach dem Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegel-, die Verzögerungs-, die Verstärkerungsschichten durch Verfahren wie MBE, MOCVD, MOVPE und beispielsweise auf den Strahlversetzer (3) in Form von Wafer hergestellt werden.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007010841A1 (de) * 2007-03-04 2008-09-11 Du, Keming, Dr. Multistufige Verstärker-Anordnungen
DE102012113029A1 (de) * 2012-12-21 2014-06-26 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Kurzpulslasersystem
DE102013004406A1 (de) * 2013-03-16 2014-10-30 Keming Du Nichtlineare Verstärker

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007010841A1 (de) * 2007-03-04 2008-09-11 Du, Keming, Dr. Multistufige Verstärker-Anordnungen
DE102012113029A1 (de) * 2012-12-21 2014-06-26 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Kurzpulslasersystem
US9425578B2 (en) 2012-12-21 2016-08-23 Fraunhofer-Gesellschaft Zure Förderung Der Angewandten Forshung E.V. Short-pulse laser system
DE102013004406A1 (de) * 2013-03-16 2014-10-30 Keming Du Nichtlineare Verstärker
DE102013004406B4 (de) 2013-03-16 2023-05-11 Keming Du Nichtlineare Verstärker

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