DE102005015497A1 - Stabilisierung kaskadierter optischer Resonatoren - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung frequenzkonvertierter Laserstrahlung. Der Fundamentalstrahl aus einer Laserquelle wird in einem ersten passiven Resonator frequenzkonvertiert. Der frequenzkonvertierte Strahl wird in einem zweiten passiven Resonator abermals frequenzkonvertiert. Die optischen Längen der beiden Resonatoren werden mit einem Modulationsverfahren elektronisch geregelt. Dabei wird nur eine Modulationsfrequenz und nur ein elekto-optischer Modulatorkristall für die beiden Regelschleifen verwendet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung frequenzkonvertierter Laserstrahlung, insbesondere die Frequenzkonversion mittels passiver optischer Resonatoren und die elektronische Regelung der optischen Länge solcher Resonatoren.
  • Passive optische Resonatoren werden unter anderem zur Frequenzkonversion von Laserstrahlung eingesetzt. (siehe z.B.: Ashkin et al. „Resonant Optical Second Harmonic Generation and Mixing", Journal of Quantum Electronics, QE-2, 1966, Seite 109 und: M.Brieger et al. „Enhancement of Single Frequency SHG in a Passive Ring Resonator", Optics Communications 38, 1981, Seite 423). Dabei wird ein erster Laserstrahl in einen aus Spiegeln und einem nichtlinearen Kristall bestehenden optischen Resonator eingekoppelt, der auf die Frequenz des Laserstrahls resonant abgestimmt ist. Der nichtlineare Kristall wandelt den ersten Laserstrahl teilweise in einen frequenzkonvertierten Laserstrahl um. In den meisten Fällen handelt es sich dabei um eine Frequenzverdopplung. Die Konversionseffizienz ist in diesem Fall näherungsweise proportional zur Leistung bzw. Intensität des ersten Laserstrahls. Durch den Resonanzfall ergibt sich eine Überhöhung der Intensität des Laserstrahls innerhalb des Resonators und damit eine Erhöhung der Konversionseffizienz im nichtlinearen Kristall. Die Technik der externen, resonanten Frequenzkonversion wurde in den letzten Jahren stetig weiter entwickelt und ist in zahlreichen Druckschriften beschrieben (siehe z.B. US5027361 , US5552926 , US5621744 , US5943350 , US6088379 , DE19814199 , DE19818612 , DE10002418 , DE10063977 ).
  • Voraussetzung für eine gleichbleibend hohe Konversionseffizienz einer solchen Anordnung ist die permanente Einhaltung der Resonanzbedingung, d.h. die optische Länge des passiven Resonators muss ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge des zu konvertierenden Laserstrahls betragen. Da die Güte (Finesse) eines solchen Resonators üblicherweise Werte zwischen 100 und 300 annimmt, muss die Resonatorlänge mit einer Genauigkeit von wenigen Nanometern oder sogar Bruchteilen von Nanometern konstant gehalten werden. Die Einhaltung einer solchen Bedingung ist wegen allgegenwärtiger Störungen durch thermische Ausdehnung und Akustik nur mit einer entsprechend präzisen und schnellen elektronischen Regelung möglich. Dabei wird die Resonatorlänge mit Hilfe eines Stellgliedes elektronisch gesteuert, wobei das Stellglied z.B. ein auf einem Piezoelement montierter Resonatorspiegel ist, der sich durch Anlegen einer elektrischen Spannung verschieben lässt.
  • Um die Resonanzbedingung zuverlässig einzuhalten, muss das Stellglied Teil eines geschlossenen Regelkreises werden. Hierzu benötigt man zunächst ein Messglied, das mit Hilfe eines geeigneten Detektionverfahrens ein sogenanntes Fehlersignal zur Verfügung stellt. Das vorzugsweise in elektrischer Form vorliegende Fehlersignal soll zumindest in einem beschränkten Bereich näherungsweise proportional zur Abweichung des Ist-Wertes der Resonatorlänge vom Sollwert sein. Bei exakter Resonanz durchläuft das Signal einen einfachen Nulldurchgang, d.h. die Richtungsinformation der Abweichung ist im Vorzeichen des Fehlersignals enthalten.
  • Zur Gewinnung des Fehlersignals für die Regelung von passiven Resonatoren haben sich vor allem zwei Verfahren durchgesetzt. Das erste ist das Verfahren von Hänsch und Couillaud (siehe Hänsch et al. „Laser Frequency Stabilization by Polarization Spectroscopy of a Reflecting Reference Cavity", Optics Communications 35, 441–444 (1980) und US4451923 ), im folgenden Polarisationsverfahren genannt. Bei diesem Verfahren wird der Polarisationszustand des am Einkoppelspiegel des Resonators reflektierten Laserstrahls detektiert. Vorteilhaft bei diesem Verfahren ist der relative große Fangbereich, d.h. der Bereich von Resonatorzuständen, bei denen ein auswertbares (von Null verschiedenes) Fehlersignal vorliegt. Ebenfalls vorteilhaft ist der geringe elektronische Aufwand, der für dieses Verfahren benötigt wird. Dem steht ein relativ hoher optischer Bauteil- und Justieraufwand gegenüber. Ein weiterer Nachteil ist die aus der Differenzbildung zweier Signale von relativ hohem Niveau resultierende Nullpunktsdrift des Fehlersignals.
  • Das zweite Verfahren, im folgenden Modulationsverfahren genannt, stammt von Pound, Drever und Hall (siehe Drever et al.„Laser Phase and Frequency Stabilization Using an Optical Resonator", Appl.Phys. B 31,97–105 (1983)). Der Laserstrahl durchläuft vor der Einkopplung in den Resonator einen elektrooptischen Phasenmodulator, der dem Laserstrahl eine Phasenmodulation aufprägt. Die Modulationsfrequenz Ω liegt im allgemeinen im Bereich zwischen 10 MHz und einigen 100 MHz. Im Frequenzspektrum des Laserstrahls erscheinen neben der optischen Trägerfrequenz v0 zusätzliche Seitenbänder der Ordnung m mit Frequenzen vm = v0 ± m·Ω, m = 1,2,3
  • Die Intensitäten Im der Seitenbänder sind gegeben durch Im = I·Jm2(Δϕ)
  • Dabei ist I die Intensität des eingestrahlten Laserlichtes, Δϕ die Modulationstiefe und Jm die Besselfunktion der Ordnung m. Im allgemeinen wird bei diesem Verfahren eine Modulationstiefe nicht über 0.2 rad verwendet, was zu Seitenbändern unter 1 % in der ersten Ordnung und vernachlässigbarer Intensität in den höheren Ordnungen führt. Die Modulationsfrequenz Ω ist in Bezug auf die Güte des optischen Resonators so gewählt, dass die Seitenbänder außerhalb der Resonatorbandbreite liegen, so dass die Seitenbandfrequenzen nicht in den Resonator gelangen, sondern im wesentlichen am Resonatoreinkoppelspiegel reflektiert werden. Mit einem ausreichend schnellen Photodetektor wird die Intensität des vom Resonator reflektierten Laserstrahls registriert. Da dieser Strahl sich aus dem direkt reflektierten Strahl und dem mehrfach im Resonator umlaufenden Strahl kohärent zusammensetzt, wird mit dem Photodetektor eine Intensitätsmodulation mit der Frequenz Ω registriert, deren Phasenlage sich ändert, je nachdem ob der Resonator optisch in Resonanz ist oder nicht. Mit Hilfe eines in der HF-Technik gebräuchlichen, doppelt-symmetrischen Mischers wird dieses Signal mit der an den Phasenmodulator angelegten Modulationsspannung aus einem Hochfrequenzgenerator (Referenzsignal) verglichen. Das Ausgangssignal des Mischers enthält nach Filterung durch ein Tiefpassfilter nur noch den Differenzfrequenzanteil des Mischsignals. In der Umgebung der Resonanz stellt das Differenzsignal ein Maß für die Phasendifferenz der beiden gemischten Signale und weist bei exakter Resonanz einen Nulldurchgang auf. Die Phasendifferenz ist ihrerseits ein Maß für die Abweichung der Resonatorlänge vom exakten Resonanzfall. Daher kann das Differenzfrequenzsignal als Fehlersignal für eine Regelschleife zur Regelung der Resonatorlänge über ein entsprechendes Stellelement verwendet werden. Die auf den ersten Blick als nachteilig erscheinende Erzeugung von Seitenbändern bewirkt in Wirklichkeit keine Verschlechterung der spektralen Reinheit des konvertierten Laserstrahls, da die Seitenbandfrequenzen durch die Filterwirkung des Resonators ausgeblendet werden. Dieses Verfahren zeichnet sich gegenüber dem ersten Verfahren durch eine geringere Nullpunktsdrift, einen geringeren optischen Bauteilbedarf und einen verschwindend geringen Justieraufwand aus. Allerdings ist der elektronische Aufwand bei diesem Verfahren etwas größer.
  • In US5552926 wird das Modulationsverfahren zur Regelung der optischen Länge eines passiven Resonators verwendet. Zur Frequenzkonversion des Laserstrahls wird hier ein nichtlinearer Kristall im Resonator verwendet, der zusätzlich lineare elektrooptische Eigenschaften besitzt, d.h. dass die linearen elektrooptischen Koeffizienten rij des Kristalls für die verwendete Laserstrahlrichtung in Bezug auf die Kristallachsen von Null verschieden sind. Die Modulationsspannung wird hier direkt an den nichtlinearen Kristall angelegt, so dass auf den externen Phasenmodulator verzichtet werden kann. Zusätzlich wird der Kristall noch als Stellglied für die Resonatorlängenänderung genutzt. Das Stellsignal des Reglers wird also an die Elektroden des Kristalls angelegt, um die optische Resonatorlänge durch den elektrooptischen Effekt im Kristall zu regeln.
  • Zur Erzeugung von Laserstrahlung im ultravioletten Spektralbereich kann es angebracht sein, zwei Frequenzkonversionsstufen zu verwenden. Für Laserstrahlung im blauen und ultravioletten Spektralbereich, insbesondere für kontinuierliche Laserstrahlung, gibt es vielfache Anwendungen in Forschung und Industrie. So kann z.B. aus einer infraroten Laserquelle mit einer Wellenlänge von 1064nm durch zweimalige Frequenzverdopplung Laserstrahlung mit 266nm erzeugt werden. Die beiden Frequenzkonversionsstufen können durch unterschiedliche Verfahren realisiert werden, z.B. wie in US5696780 , wo die erste Konversionsstufe „intracavity", d.h. innerhalb des Laserresonators, die zweite Konversionsstufe jedoch „extracavity", d.h. in einem externen passiven Resonator, stattfindet. Stattdessen können auch beide Konversionsprozesse extern in zwei kaskadierten passiven Resonatoren erfolgen, wie z.B. in US5206868 beschrieben. Ein primärer Laserstrahl mit einer Grundwellenlänge, im folgenden Fundamentalstrahl genannt, aus einer Laserquelle wird in einen ersten passiven Resonator eingekoppelt, der mit einer ersten Regelschleife in Resonanz mit der Grundwellenlänge des Fundamentalstrahls gehalten wird. Ein erster nichtlinearer Kristall im ersten passiven Resonator erzeugt einen ersten frequenzkonvertierten Laserstrahl mit einer intermediären Wellenlänge, der aus dem ersten Resonator ausgekoppelt wird und in einen zweiten passiven Resonator mit einem zweiten nichtlinearen Kristall eingekoppelt wird. Der zweite nichtlineare Kristall erzeugt einen zweiten frequenzkonvertierten Laserstrahl mit einer dritten Wellenlänge, der als die Nutzstrahlung die Laseranordnung verlässt. In den meisten Fällen wird die dritte Wellenlänge im UV Bereich liegen. Der zweite passive Resonator muss mit einer zweiten Regelschleife in Resonanz mit der intermediären Wellenlänge des ersten frequenzkonvertierten Laserstrahls gehalten werden. Die inetrmediäre Wellenlänge wird in den meisten Fällen eine Wellenlänge im sichtbaren Spektralbereich sein.
  • Die Verwendung zweier unabhängiger Regelschleifen ist notwendig, da die beiden Resonatoren im allgemeinen unterschiedlichen äußeren Störungen unterliegen. Daher muss auch für jeden Resonator separat ein Fehlersignal generiert werden, das als Eingangssignal für die jeweilige Regelung dient. Nach dem bisherigen Stand der Technik bedeutet dies, dass für jeden Resonator separat ein Verfahren wie z.B. das Polarisations- oder das Modulationsverfahren mit jeweils dem vollen Aufwand angewendet werden muss. Wird für beide Resonatoren das normalerweise favorisierte Modulationsverfahren angewendet, so muss die Regelung des zweiten passiven Resonators über eine eigene Modulationseinrichtung verfügen, d.h. einen mit Elektroden versehenen elektrooptischen Kristall, da die Modulation der ersten Stufe vom ersten passiven Resonator vollständig herausgefiltert wird. Dabei ergibt sich im allgemeinen die Schwierigkeit, dass Interferenzen von höheren Harmonischen der beiden Modulationsfrequenzen Störsignale erzeugen können. Die beiden Modulationsfrequenzen müssen daher sorgfältig ausgewählt werden, so dass keine gemeinsamen Vielfache der Grundfrequenzen auftreten. Demzufolge sind auch zwei unabhängige Hochfrequenzgeneratoren mit den zugehörigen Verstärkerstufen erforderlich, die ausreichend Spannung für die Kristallelektroden liefern.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Resonatorlängenstabilisierung zweier kaskadierter passiver Resonatoren anzugeben, das mit einem geringeren Aufwand auskommt, als es dem Stand der Technik entspricht und durch Vermeidung gegenseitiger Störungen der beiden Regelschleifen sogar zuverlässiger arbeitet.
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass nur ein elektrooptischer Kristall und nur ein Hochfrequenzgenerator verwendet wird, um die Phasenmodulation sowohl des Fundamentalstrahls als auch des ersten frequenzkonvertierten Strahls zu bewirken und trotzdem zwei Fehlersignale für zwei unabhängige Regelschleifen zu erhalten. Der elektrooptische Kristall wird hierzu in den ersten passiven Resonator eingesetzt, so dass sowohl der Fundamentalstrahl als auch der erste frequenzkonvertierte Strahl den elektrooptischen Kristall durchlaufen. Der elektrooptische Kristall muss vom Material und Schnitt her geeignet sein, zwei Lichtwellen mit unterschiedlicher Polarisation und Wellenlänge zu modulieren. In einer bevorzugten Anordnung wird der erste nichtlinearer Kristall im ersten passiven Resonator sowohl zur Frequenzkonversion als auch zur Phasenmodulation der beiden Lichtwellen benutzt. Das Material und der Schnitt des nichtlinearen Kristalls müssen dann so gewählt sein, dass für die Wellenlänge des Fundamentalstrahls Phasenanpassung vorliegt und dass das angelegte elektrische Feld die Brechungsindizes sowohl des ordentlichen Strahls als auch des außerordentlichen Strahls ändert. Es genügt dabei nicht, dass die dem Fundamentalstrahl aufgeprägte Modulation sich durch nichtlineare Frequenzkonversion auf den frequenzkonvertierten Strahl überträgt. Wegen der geringen Frequenzbandbreite des optischen Resonators werden die Seitenbänder der Fundamentalstrahlung stark gedämpft. Bei dem am häufigsten verwendeten Konversionsprozess der Frequenzverdopplung besteht eine quadratische Abhängigkeit der frequenzverdoppelten Strahlung von der Fundamentalstrahlung. Daher haben die durch Frequenzverdopplung entstehenden Seitenbänder eine verschwindend geringe Intensität. Nur die durch direkte Modulation der konvertierten Strahlung im Kristall entstehenden Seitenbänder haben eine für die erfindungsgemäße Verwendung ausreichende Intensität. Dies ist jedoch nicht bei jedem Kristallmaterial und jedem Schnittwinkel der Fall.
  • Die Erfindung wird in den folgenden bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert: Gemäß 1 wird der von der Laserstrahlquelle 1 emittierte Fundamentalstrahl 2 über eine erste Anpassungslinse 16 (Mode-matching-Linse) in den ersten passiven Resonator 3 eingekoppelt. Dabei ist die in der Darstellung gewählte Dreieckform des Resonators mit drei-Spiegeln- und einem ersten nichtlinearen Kristall 9 nicht zwingend erforderlich, sondern als Beispiel zu verstehen. Jede andere Form eines passiven Resonators mit einem nichtlinearen Kristall ist für die Erfindung ebenfalls verwendbar. Die Verwendung eines Piezoelementes 7 als Stellelement zur Einstellung der Resonatorlänge durch Translation eines Spiegels ist ebenfalls beispielhaft gemeint. Jedes andere Stellelement, das die Anforderungen bezüglich Präzision und Schnelligkeit erfüllt, ist ebenso einsetzbar. Der vom ersten nichtlinearen Kristall 9 erzeugte erste frequenzkonvertierte Laserstrahl 4 wird über eine zweite Anpassungslinse 17 in den zweiten passiven Resonator 5 mit einem zweiten nichtlinearen Kristall 10 eingekoppelt. Auch dieser Resonator muss nicht zwingend die in der Darstellung verwendete beispielhafte Form besitzen. Der vom zweiten nichtlinearen Kristall 10 erzeugte zweite frequenzkonvertierte Laserstrahl 6 stellt die Nutzstrahlung der Anordnung dar.
  • Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass der erste nichtlineare Kristall 9 mit Elektroden versehen ist, mit deren Hilfe ein elektrisches Feld an den Kristall angelegt werden kann. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, dass der erste nichtlineare Kristall 9 elektrooptische Eigenschaften besitzt, und zwar derart, dass beim Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes an den Kristall sowohl die Phase des im Resonator umlaufenden Fundamentalstrahls, als auch des ersten frequenzkonvertierten Laserstrahls 4 mit der Frequenz des Wechselfeldes moduliert wird. Es ist hierfür erforderlich, dass die bei der gewählten Orientierung der Kristallachsen maßgeblichen elektrooptischen Koeffizienten rij nicht Null sind. Da die Achsenorientierung in Hinblick auf optimale Konversionseffizienz ausgewählt wird, ist dies nicht bei jedem Kristallmaterial der Fall. Ein Kristallmaterial, was sowohl eine effiziente Frequenzkonversion ermöglicht, als auch hohe Werte der entsprechenden elektrooptischen Eigenschaften besitzt, ist z.B. Kaliumniobat (KNbO3). Die Elektroden können bei einem winkelangepassten KNBO3 -Kristall z.B. so angebracht werden, dass das elektrische Feld senkrecht zur Laserstrahlrichtung und senkrecht zur Polarisation des Fundamentalstrahls steht. Dieser Orientierung des elektrischen Feldes ermöglicht transversalen elektrooptischen Effekt sowohl für der ordentlichen Strahl (in diesem Fall der Fundamentalstrahl 2), als auch für den außerordentlichen Strahl (frequenzkonvertierten Strahl 4). Die Orientierung der Kristallachsen und der verschiedenen Felder ist in 2 für das Beispiel des Kristallmaterials Kaliumniobat dargestellt. Durch die Nutzung des ersten nichtlinearen Kristalls als elektrooptischer Modulator können zwei Laserstrahlen, nämlich der Fundamentalstrahl 2 und der erste frequenzkonvertierte Laserstrahl 4, gleichzeitig moduliert werden. Der Aufwand zur Stabilisierung der beiden kaskadierten passiven Resonatoren 3 und 5 kann somit sowohl auf der optischen als auch auf der elektronischen Seite erheblich reduziert werden. Zur Modulation der beiden Laserstrahlen 2 und 4 mit Hilfe des nichtlinearen Kristalls 9 wird der Ausgang des Hochfrequenzgenerators 13 (Frequenz Ω) an die Elektroden des Kristalls 9 angeschlossen. Gleichzeitig dient das Hochfrequenzsignal als Referenz für den Hochfrequenzmischer 12. Mit einem für die verwendete Modulationsfrequenz Ω ausreichend schnellen Photodetektor 18 wird die Intensitätsmodulation des im Resonator 3 umlaufenden Fundamentalstrahls registriert. Hierzu kann entweder der am Einkoppelspiegel des Resonators reflektierte Strahl oder ein anderer, aus dem Resonator austretender Reflex, wie z.B. ein Reflex von einer Kristalloberfläche, verwendet werden. Das Ausgangs signal des Mischers 12, nachdem es ein Tiefpassfilter 20 durchlaufen hat, stellt das Fehlersignal des Regelkreises dar und wird an den Eingang des Reglers 11 angeschlossen, der seinerseits das Stellsignal für das Stellelement 7 liefert. Der Regelkreis für den ersten Resonator ist damit geschlossen. Der Regelkreis für den zweiten Resonator 5 besteht entsprechend aus dem Detektor 19, Mischer 14, Tiefpassfilter 21, Regler 15 und Stellelement 8. Jedoch verfügt dieser Regelkreis über keinen eigenen Hochfrequenzgenerator und keinen elektrooptischen Modulator, sondern nutzt die Komponenten des ersten Regelkreises mit. Dementsprechend dient das Ausgangssignal des Hochfrequenzgenerators 13 ebenfalls als Referenzsignal für den Mischer 14 und der erste nichtlineare Kristall 9 dient auch als elektrooptischer Modulator für den Regelkreis des zweiten Resonators 5.
  • In einer weiteren Ausführungsform nach 3 wird die Frequenzkonversion des Fundamentalstrahls mit einem ersten nichtlinearen Kristall 9 im ersten passiven Resonator 3 durchgeführt, während die Phasenmodulation des Fundamentalstrahls und des ersten frequenzkonvertierten Strahls mit einem zusätzlichen elektrooptischen Kristall 22 vorgenommen wird. Der elektrooptische Kristall 22 muss ebenfalls im passiven Resonator 3 angeordnet werden, und zwar bezüglich der Lichtausbreitungsrichtung hinter dem nichtlinearen Kristall 9 und vor dem Auskoppelspiegel 23. Nur an dieser Position ist es möglich, beide Laserstrahlen gleichzeitig zu modulieren. Obwohl es mehr Aufwand bedeutet, kann die Aufteilung der Aufgaben Frequenzkonversion und Phasenmodulation auf die Kristalle 9 und 22 gemäß 3 sinnvoll sein, wenn nämlich für die gewünschte Wellenlänge, Leistung und Strahlqualität der zu erzeugenden Laserstrahlung kein geeignetes Kristallmaterial zur Verfügung steht, das alle Aufgaben gleichzeitig erfüllen kann. So kann z.B. mit dem Krstallmaterial Lithiumtriborat (LBO) frequenzkonvertierte Laserstrahlung der Wellenlänge 532nm mit sehr hoher Leistung und guter Strahlqualität erzeugt werden, jedoch zeigt dieses Material keinen nachweisbaren linearen elektrooptischen Effekt. Andere Materialien, wie z.B. Kaliumniobat (KNbO3), haben zwar sowohl die gewünschten elektrooptischen als auch die nichtlinearen Eigenschaften zur Frequenzkonversion, neigen aber bei höheren Leistungen zu Verzerrungen des Strahlprofils und zu Degradationserscheinungen. Daher ist es in diesem Fall sinnvoll, zwei verschiedene Materialien zu verwenden, von denen das erste gute Eigenschaften bezüglich der Frequenzkonversion, das zweite dafür gute elektrooptische Eigenschaften besitzt. Beispielsweise eignet sich das Material Beta-Bariumborat (BBO) als elektrooptischer Kristall zur Kombination mit LBO, da BBO ebenfalls eine sehr hohe Leistungsverträglichkeit hat. BBO ist zwar ebenfalls zur Frequenzkonversion geeignet, könnte also sowohl die Frequenzkonversion als auch die Phasenmodulation übernehmen, jedoch leidet ein mit BBO erzeugter frequenzkonvertierter Laserstrahl unter einem verzerrten Strahlprofil, das sich für viele Anwendungen ungünstig auswirkt.
  • Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere ist die Erfindung nicht auf Frequenzverdopplung als Sonderform der Frequenzkonversion beschränk. So kann z.B. ein Teil des Fundamentalstrahls mit in den zweiten passiven Resonator eingekoppelt werden, um eine Summenfrequenzmischung aus dem Fundamentalstrahl und dem ersten frequenzkonvertierten Laserstrahl zu bewirken. Ebenso ist es möglich, die zwei passiven Resonatoren so auszubilden, dass sie einen gemeinsamen Strahlabschnitt aufweisen, in dem zwei der beteiligten Strahlen resonant überhöht sind, so dass in diesem Strahlabschnitt eine besonders effiziente Frequenzkonversion durch Frequenzmischung stattfinden kann.

Claims (5)

  1. Laseranordnung zur Erzeugung von frequenzkonvertierten Laserstrahlung, mit einer Laserstrahlquelle, die einen Fundamentalstrahl mit einer Grundwellenlänge erzeugt, und einem ersten passiven Resonator, dessen optische Länge mit einer ersten Regelschleife nach dem Modulationsverfahren in Bezug auf die Grundwellenlänge stabilisiert wird, mit einem ersten nichtlinearen Kristall, der elektrooptische Eigenschaften besitzt und mit Elektroden versehen ist und der aus dem Fundamentalstrahl einen ersten frequenzkonvertierten Laserstrahl mit einer intermediären Wellenlänge erzeugt, und einem zweiten passiven Resonator, dessen optische Länge mit einer zweiten Regelschleife nach dem Modulationsverfahren in Bezug auf die intermediäre Wellenlänge stabilisiert wird, mit einem zweiten nichtlinearen Kristall, der einen zweiten frequenzkonvertierten Laserstrahl mit einer dritten Wellenlänge erzeugt, der von der Laseranordnung emittiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Phasenmodulation des Fundamentalstrahls als auch die Phasenmodulation des ersten frequenzkonvertierten Laserstrahls zur Erzeugung der Fehlersignale für die beiden Regelschleifen durch Anlegen einer Wechselspannung mit nur einer Frequenz an die Elektroden des ersten nichtlinearen Kristalls erzeugt werden.
  2. Laseranordnung zur Erzeugung von frequenzkonvertierten Laserstrahlung, mit einer Laserstrahlquelle, die einen Fundamentalstrahl mit einer Grundwellenlänge erzeugt, und einem ersten passiven Resonator, dessen Länge mit einer ersten Regelschleife nach dem Modulationsverfahren in Bezug auf die Grundwellenlänge stabilisiert wird, mit einem ersten nichtlinearen Kristall, der aus dem Fundamentalstrahl einen ersten frequenzkonvertierten Laserstrahl mit einer intermediären Wellenlänge erzeugt, und einem elektrooptischen Kristall, der mit Elektroden versehen ist, und einem zweiten passiven Resonator, dessen Länge mit einer zweiten Regelschleife nach dem Modulationsverfahren in Bezug auf die intermediäre Wellenlänge stabilisiert wird, mit einem zweiten nichtlinearen Kristall, der einen zweiten frequenzkonvertierten Laserstrahl mit einer dritten Wellenlänge erzeugt, der von der Laseranordnung emittiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Phasenmodulation des Fundamentalstrahls als auch die Phasenmodulation des ersten frequenzkonvertierten Laserstrahls zur Erzeugung der Fehlersignale für die beiden Regelschleifen durch Anlegen einer Wechselspannung mit nur einer Frequenz an die Elektroden des elektrooptischen Kristalls erzeugt wird.
  3. Laseranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste nichtlineare Kristall aus dem Material Kaliumniobat (KNbO3) besteht.
  4. Laseranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste nichtlineare Kristall aus dem Material Lithiumtriborat (LBO) besteht.
  5. Laseranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrooptische Kristall aus dem Material Beta-Bariumborat (BBO) besteht.
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