DE102013214515A1 - Method and apparatus for frequency conversion and use of an optical parametric crystal - Google Patents

Method and apparatus for frequency conversion and use of an optical parametric crystal Download PDF

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Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Frequenzkonversion sowie bei einer Verwendung eines optisch-parametrischen Kristalls (5) ist vorgesehen, dass der optisch-parametrische Kristall (5) zum Anpassen einer Pumpschwelle von Pumpstrahlung (2) mit einer Phasenanpassungsperiodizität ausgebildet ist, die ein Vielfaches einer doppelten Kohärenzlänge des optisch-parametrischen Prozesses ist. Dadurch ist mit verhältnismäßig günstigen Herstellungskosten auch bei einer verhältnismäßig großen Wechselwirkungslänge eine schmale Verstärkungsbandbreite erzielt.In a method and a device for frequency conversion and when using an optical parametric crystal (5), it is provided that the optical parametric crystal (5) is designed to adapt a pumping threshold of pump radiation (2) with a phase matching periodicity which is a multiple a double coherence length of the optical parametric process. As a result, a narrow gain bandwidth is achieved with relatively low production costs even with a relatively large interaction length.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. The invention relates to a method according to the preamble of claim 1.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 3. The invention further relates to a device according to the preamble of claim 3.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung eines optisch-parametrischen Kristalls gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 6. The invention further relates to a use of an optical parametric crystal according to the preamble of claim 6.

Ein derartiges Verfahren, eine derartige Vorrichtung und eine derartige Verwendung sind aus dem wissenschaftlichen Artikel "Influence of the pump threshhold on the single-frequency output power of singly resonant optical parametric oscillators" von R. Sowade, I. Breunig, J. Kiessling und K. Buse in Appl Phys B (2009) 96: 25–28 bekannt. Das vorbekannte Verfahren und die vorbekannte Vorrichtung zur Frequenzkonversion sowie die Verwendung eines optisch-parametrischen Kristalls nutzen zum Erzeugen frequenzkonvertierter Strahlung in Gestalt von Signalstrahlung und Idlerstrahlung auf der Grundlage von monochromatischer Pumpstrahlung einen optisch-parametrischen Kristall mit einer Phasenanpassungsperiodizität. Zum Anpassen der Pumpschwelle wird in diesem Artikel vorgeschlagen, die Verluste durch entsprechendes Beeinflussen von Spiegelreflektivitäten, Kristallbeschichtungen, des nichtlinearen Koeffizienten oder der Kristalllänge zu erhöhen. Such a method, apparatus and use are in the scientific article R. Sowade, I. Breunig, J. Kiessling and K. Buse in Appl Phys B (2009) 96: 25-28. "Influence of the pump threshhold on the single-frequency output power of singly resonant optical parametric oscillators" known. The prior art method and apparatus for frequency conversion as well as the use of an optical parametric crystal use an optical parametric crystal having a phase matching periodicity for generating frequency-converted radiation in the form of signal radiation and idler radiation based on monochromatic pump radiation. In order to adjust the pumping threshold, this article proposes to increase the losses by appropriately influencing mirror reflectivities, crystal coatings, the nonlinear coefficient or the crystal length.

Aus dem wissenschaftlichen Artikel "Quasi-Phase-Matched Second Harmonic Generation: Tuning and Tolerances" von M.M. Fejer, G.A. Magel, D.H. Jundt und R.L. Byer in IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 28, NO. 11, November 1992, Seiten 2631 bis 2654 ist bekannt, dass bei einem optisch-parametrischen Kristall mit einer Phasenanpassungsperiodizität bei Einrichten der Phasenanpassungsperiodizität in einer dritten Ordnung in Bezug auf eine Kohärenzlänge von Pumpstrahlung die Verstärkung gegenüber einer Phasenanpassungsperiodizität erster Ordnung, das heißt in Übereinstimmung mit der Kohärenzlänge von Pumpstrahlung, deutlich geringer ist. From the scientific article MM Fejer, GA Magel, DH Jundt and RL Byer's IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 28, NO. 11, November 1992, pages 2631 to 2654 It is known that in an optical parametric crystal having a phase matching periodicity when arranging the phase matching periodicity in a third order with respect to a coherence length of pump radiation, the gain is significantly lower than a first order phase matching periodicity, that is, in accordance with the coherence length of pump radiation.

Aus US-A-5,768,302 ist ein optisch-parametrischer Kristall mit in einem Kristall unterschiedlichen Phasenanpassungsperiodizitäten bekannt. Out US-A-5,768,302 For example, an optical parametric crystal having different phase matching periodicities in a crystal is known.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Frequenzkonversion der eingangs genannten Arten und eine Verwendung eines optisch-parametrischen Kristalls anzugeben, bei denen sich bei einem für einen hohen Wirkungsgrad guten Anpassen einer Pumpschwelle eines optisch-parametrischen Kristalls und einer Pumpleistung von Pumpstrahlung auch bei einer kostengünstigen Herstellung sowohl eine hohe resonatorinterne Feldstärke als auch eine schmale Verstärkungsbandbreite ergeben. The invention has for its object to provide a method and a device for frequency conversion of the aforementioned types and a use of an optical parametric crystal, in which good for a high efficiency adjusting a pumping threshold of an optical parametric crystal and a pump power of Pump radiation result in a cost-effective production both a high resonator field strength and a narrow gain bandwidth.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. This object is achieved in a method of the type mentioned according to the invention with the characterizing features of claim 1.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 3 gelöst. This object is achieved according to the invention in a device of the type mentioned above with the characterizing features of claim 3.

Diese Aufgabe wird bei einer Verwendung eines optisch-parametrischen Kristalls der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 6 gelöst. This object is achieved with a use of an optical parametric crystal of the type mentioned according to the invention with the characterizing features of claim 6.

Dadurch, dass erfindungsgemäß der optisch-parametrische Kristall eine Phasenanpassungsperiodizität aufweist, die ein ungerades Vielfaches, beispielsweise das Dreifache, der doppelten Kohärenzlänge des optisch-parametrischen Prozesses ist, lässt sich ein derartiger Kristall aufgrund der größeren Strukturen verhältnismäßig kostengünstig herstellen und weist bei einer verhältnismäßig großen Wechselwirkungslänge eine hohe resonatorinterne Feldstärke, aber auch trotz einer im Vergleich zu einem optisch-parametrischen Kristall mit einer nur einem Einfachen der doppelten Kohärenzlänge des optisch-parametrischen Prozesses entsprechender Phasenanpassungsperiodizität erster Ordnung relativ hohen, mit zunehmender ungerader Ordnungszahl ansteigenden Pumpschwelle eine schmale Verstärkungsbandbreite auf. Because the optical parametric crystal according to the invention has a phase matching periodicity which is an odd multiple, for example three times twice the coherence length of the optical parametric process, such a crystal can be produced relatively inexpensively due to the larger structures and has a relatively large phase Interaction length a high intra-cavity field strength, but also in spite of a relatively high compared to an optical parametric crystal with a just twice the coherence length of the optical parametric process corresponding phase matching periodicity of first high, with increasing odd atomic number of pumping threshold a narrow gain bandwidth.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Further expedient embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren der Zeichnung. Further expedient refinements and advantages of the invention will become apparent from the following description of an embodiment with reference to the figures of the drawing.

Es zeigen: Show it:

1 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Frequenzkonversion bei einem beispielhaften Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, 1 1 is a schematic representation of an exemplary embodiment of a device according to the invention for frequency conversion in an exemplary implementation of the method according to the invention,

2 in einer schematischen Darstellung einen gemäß der Erfindung eingesetzten optisch-parametrischen Kristall mit einer einem ungeraden Vielfachen einer doppelten Kohärenzlänge eines optisch-parametrischen Prozesses entsprechenden Phasenanpassungsperiodizität, 2 1 is a schematic representation of an optical parametric crystal used according to the invention with a phase matching periodicity corresponding to an odd multiple of twice the coherence length of an optical parametric process;

3 in einer schematischen Darstellung einen herkömmlichen optisch-parametrischen Kristall mit der gleichen Wechselwirkungslänge wie der Kristall gemäß 2, aber mit einer dem Einfachen der doppelten Kohärenzlänge des optisch-parametrischen Prozesses entsprechender Phasenanpassungsperiodizität, 3 in a schematic representation of a conventional optical parametric crystal with the same interaction length as the crystal according to 2 but with a phase matching periodicity corresponding to twice the coherence length of the optical parametric process,

4 in einem Schaubild die Verstärkungskennlinie des optisch-parametrischen Kristalls gemäß 2, 4 in a graph, the gain characteristic of the optical parametric crystal according to 2 .

5 in einem Schaubild die Verstärkungskennlinie des optisch-parametrischen Kristalls gemäß 3, 5 in a graph, the gain characteristic of the optical parametric crystal according to 3 .

6 in einem Schaubild im Vergleich die Ausgangsleistungen des optisch-parametrischen Kristalls gemäß 2 und des optisch-parametrischen Kristalls gemäß 3 gegen eine Wechselwirkungslänge und 6 in a graph comparing the output powers of the optical parametric crystal according to 2 and the optical parametric crystal according to 3 against an interaction length and

7 in einem Schaubild im Vergleich die Verstärkung eines optisch-parametrischen Kristalls mit einer einfachen Phasenanpassungsperiodizität (erste Ordnung) sowie zum Erhöhen der Pumpschwelle kurzen Wechselwirkungslänge zu der Verstärkung eines optisch-parametrischen Kristalls mit einer dreifachen Phasenanpassungsperiodizität (dritte Ordnung) sowie einer gegenüber dem optisch-parametrischen Kristall mit Phasenanpassungsperiodizität erster Ordnung dreifachen Wechselwirkungslänge. 7 In comparison, in a graph, the gain of an optical parametric crystal having a simple phase matching periodicity (first order) and increasing the pumping threshold short interaction length to the gain of an optical parametric crystal having a threefold phase matching periodicity (third order) and one to the optical parametric Crystal with first-order phase-matching periodicity of triple interaction length.

1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beim beispielhaften Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung gemäß 1 verfügt über eine Pumpeinheit 1 in Gestalt eines Lasers, mit der schmalbandige Pumpstrahlung 2 mit einer Pumpfrequenz erzeugbar ist und die eine Pumpleistung aufweist. Zweckmäßigerweise ist die Pumpleistung der Pumpstrahlung 2 einstellbar. Die Pumpstrahlung 2 ist einem optischen Resonator 3 über einen für die Pumpfrequenz teildurchlässigen Einkoppelspiegel 4 einspeisbar und beaufschlagt einen erfindungsgemäßen optisch-parametrischen Kristall 5, der zwischen dem Einkoppelspiegel 4 und einem breitbandig hochreflektiven ersten Resonatorspiegel 6 angeordnet ist. 1 shows a schematic view of an embodiment of a device according to the invention in the exemplary execution of a method according to the invention. The device according to 1 has a pump unit 1 in the form of a laser, with the narrow-band pump radiation 2 can be generated with a pump frequency and has a pump power. Conveniently, the pump power of the pump radiation 2 adjustable. The pump radiation 2 is an optical resonator 3 via a partially transparent for the pumping frequency Einkoppelspiegel 4 einspeisbar and acts on an optical parametric crystal according to the invention 5 that is between the coupling mirror 4 and a broadband highly reflective first resonator mirror 6 is arranged.

Der Resonator 3 ist weiterhin mit einem breitbandig hochreflektiven zweiten Resonatorspiegel 7 sowie mit einem Auskoppelspiegel 8 ausgestattet, wobei zwischen dem in Strahlrichtung der Pumpstrahlung 2 dem ersten Resonatorspiegel 6 nachgeordneten zweiten Resonatorspiegel 7 und dem Auskoppelspiegel 8 bei diesem Ausführungsbeispiel ein optisch nichtlinearer Frequenzwandler 9 angeordnet ist. The resonator 3 is still with a broadband highly reflective second resonator mirror 7 as well as with a Auskoppelspiegel 8th equipped, between between in the beam direction of the pump radiation 2 the first resonator mirror 6 downstream second resonator mirror 7 and the output mirror 8th in this embodiment, an optically non-linear frequency converter 9 is arranged.

Wie in 1 schematisch dargestellt, ist der optisch-parametrische Kristall 5 mit einer Vielzahl von periodisch strukturierten optisch nichtlinearen Schichten derart ausgebildet, dass in an sich bekannter Art und Weise die Pumpstrahlung 2 teilweise in Signalstrahlung 10 mit einer Signalfrequenz und in Idlerstrahlung 11 mit einer Idlerfrequenz umwandelbar ist, die in 1 symbolisch durch Pfeile dargestellt sind. Die Signalfrequenz und die Idlerfrequenz sind unterschiedlich und entsprechen in Summe der Pumpfrequenz. As in 1 shown schematically is the optical parametric crystal 5 formed with a plurality of periodically structured optically non-linear layers such that in a conventional manner, the pump radiation 2 partly in signal radiation 10 with a signal frequency and in idler radiation 11 is convertible with an idler frequency, the in 1 symbolically represented by arrows. The signal frequency and the idler frequency are different and correspond in total to the pumping frequency.

Die in dem Resonator 3 umlaufende Signalstrahlung 10 und Idlerstrahlung 11 durchlaufen den Frequenzwandler 9, der beispielsweise als Frequenzverdoppler zum Verdoppeln der Signalfrequenz oder der Idlerfrequenz eingerichtet ist. Die oder jede von dem Frequenzwandler 9 erzeugte Ausgangsstrahlung 12 mit einer Ausgangsfrequenz tritt über den Auskoppelspiegel 8, der wenigstens für die Ausgangsfrequenz teildurchlässig ist, aus dem Resonator 3 aus. The in the resonator 3 circulating signal radiation 10 and idler radiation 11 go through the frequency converter 9 For example, it is set up as a frequency doubler for doubling the signal frequency or the idler frequency. The or each of the frequency converter 9 generated output radiation 12 with an output frequency occurs via the output mirror 8th , which is partially transmissive at least for the output frequency, from the resonator 3 out.

In abgewandelten Ausführungsbeispielen ist der Frequenzwandler 9 so ausgestaltet, dass mit ihm in einer Ausführung aus der Pumpfrequenz und der Signalfrequenz oder der Idlerfrequenz eine Summenfrequenz ("sum frequency generation") oder in einer anderen Ausführung aus der Signalfrequenz und der Idlerfrequenz oder der Pumpfrequenz und der Signalfrequenz oder der Idlerfrequenz eine Differenzfrequenz ("difference frequency generation") bildbar ist. In modified embodiments, the frequency converter 9 designed such that in one embodiment of the pump frequency and the signal frequency or the Idlerfrequenz a sum frequency ("sum frequency generation") or in another embodiment of the signal frequency and the Idlerfrequenz or the pumping frequency and the signal frequency or the Idlerfrequenz a difference frequency ( "Difference frequency generation") is bildbar.

2 zeigt in einer schematischen Ansicht den erfindungsgemäßen optisch-parametrischen Kristall 5 des Ausführungsbeispiels gemäß 1. Der optisch-parametrische Kristall 5 gemäß 2 ist aus einer Vielzahl von, wie durch unterschiedliche Schraffuren angedeutet, paarweise unterschiedlich strukturierten, jeweils gleich dicken Schichten 13, 14 aufgebaut, die sich als Stapel über eine Wechselwirkungslänge L des optisch-parametrischen Kristalls 5 erstrecken. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist die durch die Dicke der Schichten 13, 14, die hier jeweils ein Dreifaches der Kohärenzlänge ΛC des optisch-parametrischen Prozesses ist, bestimmte Phasenanpassungsperiodizität des optisch-parametrischen Kristalls 5 hier als Beispiel eines ungeraden Vielfachen das Dreifache der doppelten Kohärenzlänge ΛC des optisch-parametrischen Prozesses, so dass eine Quasi-Phasenanpassung dritter Ordnung vorliegt. 2 shows a schematic view of the optical parametric crystal according to the invention 5 of the embodiment according to 1 , The optical-parametric crystal 5 according to 2 is from a variety of, as indicated by different hatching, in pairs differently structured, each equally thick layers 13 . 14 constructed as a stack over an interaction length L of the optical parametric crystal 5 extend. In the embodiment according to 2 is the thickness of the layers 13 . 14 , which is here each three times the coherence length Λ C of the optical parametric process, certain phase adjustment periodicity of the optical parametrical crystal 5 Here, as an example of an odd multiple, three times the double coherence length Λ C of the optical-parametric process, so that a third-order quasi-phase matching is present.

Aufgrund der in Bezug auf die einfache Kohärenzlänge ΛC um das Dreifache ausgedehnten einzelnen Dicken der Schichten 13, 14 ist der optisch-parametrische Kristall 5 gemäß dem Ausführungsbeispiel verhältnismäßig kostengünstig herstellbar. Due to the single thicknesses of the layers, which are threefold extended with respect to the simple coherence length Λ C 13 . 14 is the optical parametric crystal 5 According to the embodiment relatively inexpensive to produce.

Durch eine verhältnismäßig große Wechselwirkungslänge L des erfindungsgemäßen optisch-parametrischen Kristalls 5 mit einer Phasenanpassungsperiodizität, die ein ungerades Vielfaches der Kohärenzlänge ΛC des optisch-parametrischen Prozesses ist, ergibt sich eine verhältnismäßig hohe Pumpschwelle eines Resonators 3 mit einem erfindungsgemäßen optisch-parametrischen Kristalls 5 höherer Ordnung, aber weiterhin eine verhältnismäßig schmale Verstärkungsbandbreite sowie eine verhältnismäßig hohe resonatorinterne Feldstärke. Für eine gute Balance zwischen Pumpschwellenerhöhung und Verstärkung ist als ungerades Vielfaches das Dreifache vorteilhaft. By a relatively large interaction length L of the optical parametric crystal according to the invention 5 with a phase matching periodicity that is an odd multiple of the coherence length Λ C of the optical parametric process, results in a relatively high pumping threshold of a resonator 3 with an optical parametric crystal according to the invention 5 higher order, but still a relatively narrow gain bandwidth and a relatively high intracavity field strength. For a good balance between pump-surge elevation and gain as an odd multiple is threefold advantageous.

3 zeigt in einer Darstellung entsprechend 2 einen herkömmlichen optisch-parametrischen Kristall 5' mit Schichten 13, 14, deren einzelne Dicken jeweils dem Einfachen der doppelten Kohärenzlänge ΛC des optisch-parametrischen Prozesses entsprechen. Ein derartiger üblicherweise zur Frequenzkonversion verwendeter optisch-parametrischer Kristall 5' erster Ordnung zeigt zwar bei gleicher Wechselwirkungslänge L eine spektral gleiche Verstärkungsbandbreite wie ein erfindungsgemäßer optisch-parametrischer Kristall 5 mit einem ungeraden Vielfachen der doppelten Kohärenzlänge ΛC des optisch-parametrischen Prozesses höherer Ordnung, allerdings liegt dann die Pumpschwelle eines Resonators 3 mit einem herkömmlichen optisch-parametrischen Kristalls 5' verhältnismäßig niedrig, was zu einem Wirkungsgradverlust beim Erzeugen von Signalstrahlung 10 und von Idlerstrahlung 11 führt. Um die Pumpschwelle eines Resonators 3 mit einem herkömmlichen optisch-parametrischen Kristalls 5' erster Ordnung anzuheben, ist es möglich, die Wechselwirkungslänge L zu verringern, allerdings ergibt sich dann nachteiligerweise eine spektral breitere Verstärkungsbandbreite. 3 shows in a representation accordingly 2 a conventional optical parametric crystal 5 ' with layers 13 . 14 whose individual thicknesses each correspond to the single of twice the coherence length Λ C of the optical parametric process. Such an optical parametric crystal commonly used for frequency conversion 5 ' Although first order shows the same interaction length L spectrally equal gain bandwidth as an inventive optical parametric crystal 5 with an odd multiple of twice the coherence length Λ C of the optical parametric process of higher order, but then there is the pumping threshold of a resonator 3 with a conventional optical-parametric crystal 5 ' relatively low, resulting in a loss of efficiency in generating signal radiation 10 and idler radiation 11 leads. Around the pumping threshold of a resonator 3 with a conventional optical-parametric crystal 5 ' First order, it is possible to reduce the interaction length L, but then disadvantageously results in a spectrally wider gain bandwidth.

4 zeigt in einem Schaubild die Verstärkung 16 des erfindungsgemäßen optisch-parametrischen Kristalls 5 dritter Ordnung gemäß 2 gegen die Wellenlänge 17 in einem Verstärkungsprofil 18, das nur wenige longitudinale Resonatormoden 19 einhüllt und zur Verstärkung von im wesentlichen nur einer, nämlich einer mittigen longitudinalen Resonatormode 19 eingerichtet ist. 4 shows in a graph the reinforcement 16 of the optical parametric crystal according to the invention 5 according to third order 2 against the wavelength 17 in a reinforcement profile 18 that has few longitudinal resonator modes 19 and for amplifying substantially only one, namely a central longitudinal resonator mode 19 is set up.

5 zeigt in einem Schaubild entsprechend 4 die Verstärkung 16 eines herkömmlichen optisch-parametrischen Kristalls 5' erster Ordnung gemäß 3 in einem Verstärkungsprofil 20. 5 shows in a diagram accordingly 4 the reinforcement 16 a conventional optical parametric crystal 5 ' according to first order 3 in a reinforcement profile 20 ,

Aus einem Vergleich des Verstärkungsprofils 18 des erfindungsgemäßen optisch-parametrischen Kristalls 5 höherer Ordnung und des Verstärkungsprofils 20 eines herkömmlichen optisch-parametrischen Kristalls 5' erster Ordnung ergibt sich, dass bei gleicher schmaler Bandbreite die Verstärkung 16 aufgrund einer höheren Pumpschwelle des jeweiligen Resonators niedriger ist, so dass für eine effiziente Energieumwandlung von Pumpstrahlung 2 in Signalstrahlung 10 und in Idlerstrahlung 11 auch bei hohen Pumpleistungen ein hoher Wirkungsgrad erzielt ist. From a comparison of the reinforcement profile 18 of the optical parametric crystal according to the invention 5 higher order and the gain profile 20 a conventional optical parametric crystal 5 ' first order results in the same narrow bandwidth, the gain 16 due to a higher pumping threshold of the respective resonator is lower, so that for efficient energy conversion of pump radiation 2 in signal radiation 10 and in idler radiation 11 a high efficiency is achieved even at high pump power.

6 zeigt in einem Schaubild, in dem die Signalleistung 21 gegen die Wechselwirkungslänge L abgetragen ist, in einem direkten Vergleich die Kennlinie 22 für einen herkömmlichen optisch-parametrischen Kristall 5' mit einer Quasi-Phasenanpassung erster Ordnung und die Kennlinie 23 für einen erfindungsgemäßen optisch-parametrischen Kristall 5 mit einer Quasi-Phasenanpassung dritter Ordnung. Aus 6 ergibt sich, dass die Signalleistung bei einem erfindungsgemäßen optisch-parametrischen Kristall 5 dritter Ordnung mit der Wechselwirkungslänge L insgesamt modulierend schwach ansteigt, während die Signalleistung eines herkömmlichen optisch-parametrischen Kristalls 5' erster Ordnung bereits nach vier Kohärenzlängen ΛC einen Wert erreicht hat, den die Kennlinie 23 des optisch-parametrischen Kristalls 5 dritter Ordnung gemäß der Erfindung erst nach rechnerisch zwölf Kohärenzlängen ΛC einnimmt. 6 shows in a graph in which the signal power 21 is plotted against the interaction length L, in a direct comparison, the characteristic 22 for a conventional optical parametric crystal 5 ' with a first-order quasi-phase matching and the characteristic curve 23 for an optical parametric crystal according to the invention 5 with a third-order quasi-phase adaptation. Out 6 shows that the signal power in an optical parametric crystal according to the invention 5 third order with the interaction length L overall modulating weakly increases while the signal power of a conventional optical parametric crystal 5 ' first order after four coherence lengths Λ C has reached a value that the characteristic 23 of the optical parametric crystal 5 third order according to the invention only after computationally twelve coherence lengths Λ C occupies.

7 zeigt in einem Schaubild die Signalverstärkung 24 gegen die Signalwellenlänge 25 zum einen in einer Kennlinie 26 für einen herkömmlichen optisch-parametrischen Kristall 5' mit einer Quasi-Phasenanpassung erster Ordnung und in einer Kennlinie 27 für einen erfindungsgemäßen optisch-parametrischen Kristall 5 mit einer Quasi-Phasenanpassung dritter Ordnung, wobei die kohärenzlängenbezogene relative Wechselwirkungslänge, also ΛC / L, bei beiden optisch-parametrischen Kristallen 5, 5' gleich ist. Aus dem Schaubild gemäß 7 lässt sich entnehmen, dass die Signalverstärkung 24 bei einem erfindungsgemäßen optisch-parametrischen Kristall 5 dritter Ordnung gegenüber der Signalverstärkung eines herkömmlichen optisch-parametrischen Kristalls 5' erster Ordnung bei gleicher relativer Wechselwirkungslänge ΛC / L wesentlich schmalbandiger ist. 7 shows in a diagram the signal amplification 24 against the signal wavelength 25 on the one hand in a characteristic curve 26 for a conventional optical parametric crystal 5 ' with a first-order quasi-phase matching and in a characteristic curve 27 for an optical parametric crystal according to the invention 5 with third-order quasi-phase matching, where the coherence length-related relative interaction length, Λ C / L, for both optical parametric crystals 5 . 5 ' is equal to. From the diagram according to 7 can be seen that the signal amplification 24 in an optical parametric crystal according to the invention 5 third order versus the signal gain of a conventional optical parametric crystal 5 ' first order at the same relative interaction length Λ C / L is much narrower.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 5768302 A [0006] US 5768302 A [0006]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • "Influence of the pump threshhold on the single-frequency output power of singly resonant optical parametric oscillators" von R. Sowade, I. Breunig, J. Kiessling und K. Buse in Appl Phys B (2009) 96: 25–28 [0004] R. Sowade, I. Breunig, J. Kiessling and K. Buse in Appl Phys B (2009) 96: 25-28 [ 0004. Influence of the pump threshhold on the single-frequency output power of singly resonant optical parametric oscillators ]
  • "Quasi-Phase-Matched Second Harmonic Generation: Tuning and Tolerances" von M.M. Fejer, G.A. Magel, D.H. Jundt und R.L. Byer in IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 28, NO. 11, November 1992, Seiten 2631 bis 2654 [0005] MM Fejer, GA Magel, DH Jundt and RL Byer's IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 28, NO. 11, November 1992, pages 2631 to 2654 [0005]

Claims (7)

Verfahren zur Frequenzkonversion, bei dem schmalbandige Pumpstrahlung (2) mit einer Pumpfrequenz einen Resonator (3) beaufschlagt und bei dem mit einem in dem Resonator (3) angeordneten, mit einer Pumpleistung der Pumpstrahlung (2) beaufschlagten optisch-parametrischen Kristall (5) mit einer Phasenanpassungsperiodizität für einen eine Kohärenzlänge (ΛC) aufweisenden optisch-parametrischen Prozess Signalstrahlung (10) mit einer Signalfrequenz und Idlerstrahlung (11) mit einer Idlerfrequenz erzeugt wird, wobei eine Pumpschwelle des Kristalls (5) und eine Pumpleistung der Pumpstrahlung (2) zum Maximieren einer Ausgangsleistung von durch die Signalstrahlung (10) und/oder durch die Idlerstrahlung (11) gebildete Ausgangsstrahlung (12) aufeinander angepasst sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der Pumpschwelle durch Verwendung eines Kristalls (5) mit einer Phasenanpassungsperiodizität erfolgt, die ein ungerades Vielfaches der doppelten Kohärenzlänge (ΛC) des optisch-parametrischen Prozesses ist. Method for frequency conversion, in which narrow-band pump radiation ( 2 ) with a pump frequency a resonator ( 3 ) and in which one in the resonator ( 3 ), with a pumping power of the pump radiation ( 2 ) acted upon optical parametric crystal ( 5 ) having a phase matching periodicity for a coherence length (Λ C ) having optical parametric process signal radiation ( 10 ) with a signal frequency and idler radiation ( 11 ) is generated with an idler frequency, wherein a pumping threshold of the crystal ( 5 ) and a pump power of the pump radiation ( 2 ) for maximizing an output power of the signal radiation ( 10 ) and / or by the idler radiation ( 11 ) formed output radiation ( 12 ) are adapted to each other, characterized in that the adaptation of the pumping threshold by using a crystal ( 5 ) with a phase matching periodicity that is an odd multiple of twice the coherence length (Λ C ) of the optical parametric process. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenanpassungsperiodizität ein Dreifaches der doppelten Kohärenzlänge (ΛC) des optisch-parametrischen Prozesses ist. A method according to claim 1, characterized in that the phase matching periodicity is three times twice the coherence length (Λ C ) of the optical parametric process. Vorrichtung zur Frequenzkonversion, insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, mit einer Pumpeinheit (1) zum Erzeugen von schmalbandiger Pumpstrahlung (2) mit einer Pumpfrequenz, mit einem von der Pumpstrahlung (2) beaufschlagbaren Resonator (3), mit einem in dem Resonator (3) angeordneten optisch-parametrischen Kristall (5) mit einer Phasenanpassungsperiodizität für einen eine Kohärenzlänge (ΛC) aufweisenden optisch-parametrischen Prozess, mit dem die Pumpstrahlung (2) in eine Signalstrahlung (10) mit einer Signalfrequenz und in eine Idlerstrahlung (11) mit einer Idlerfrequenz umwandelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenanpassungsperiodizität des Kristalls (5) ein ungerades Vielfaches der doppelten Kohärenzlänge (ΛC) des optisch-parametrischen Prozesses ist. Frequency conversion apparatus, in particular for carrying out a method according to one of Claims 1 or 2, with a pump unit ( 1 ) for generating narrow-band pump radiation ( 2 ) with a pumping frequency, with one of the pumping radiation ( 2 ) acted upon resonator ( 3 ), with one in the resonator ( 3 ) arranged optical parametric crystal ( 5 ) having a phase matching periodicity for a coherence length (Λ C ) optical parametric process, with which the pump radiation ( 2 ) into a signal radiation ( 10 ) with a signal frequency and into an idler radiation ( 11 ) is convertible at an idler frequency, characterized in that the phase matching periodicity of the crystal ( 5 ) is an odd multiple of twice the coherence length (Λ C ) of the optical parametric process. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenanpassungsperiodizität ein Dreifaches der doppelten Kohärenzlänge (ΛC) des optisch-parametrischen Prozesses ist. Device according to Claim 3, characterized in that the phase matching periodicity is three times twice the coherence length (Λ C ) of the optical parametric process. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein in dem Resonator (3) angeordneter Frequenzwandler (9) vorhanden ist, mit dem aus der Signalstrahlung (10) und/oder aus der Idlerstrahlung (11) Ausgangsstrahlung (12) mit einer Ausgangsfrequenz erzeugbar ist, die von der Signalfrequenz beziehungsweise von der Idlerfrequenz verschieden ist. Device according to claim 3 or claim 4, characterized in that one in the resonator ( 3 ) arranged frequency converter ( 9 ) is present, with which from the signal radiation ( 10 ) and / or from the idler radiation ( 11 ) Output radiation ( 12 ) is producible with an output frequency which is different from the signal frequency or from the idler frequency. Verwendung eines optisch-parametrischen Kristalls (5) mit einer Phasenanpassungsperiodizität für einen eine Kohärenzlänge (ΛC) aufweisenden optisch-parametrischen Prozess zur Frequenzkonversion von schmalbandiger Pumpstrahlung (2) mit einer Pumpfrequenz in eine Signalstrahlung (10) mit einer Signalfrequenz und in eine Idlerstrahlung (11) mit einer Idlerfrequenz unter Anpassen einer Pumpschwelle des Kristalls (5) an eine Pumpleistung der Pumpstrahlung (2) durch eine optische Eigenschaft des Kristalls (5), dadurch gekennzeichnet, dass die optische Eigenschaft die Phasenanpassungsperiodizität ist, die ein ungerades Vielfaches der doppelten Kohärenzlänge (ΛC) des optisch-parametrischen Prozesses ist. Use of an optical parametric crystal ( 5 ) having a phase matching periodicity for a coherence length (Λ C ) optical-parametric process for frequency conversion of narrow-band pump radiation ( 2 ) with a pumping frequency into a signal radiation ( 10 ) with a signal frequency and into an idler radiation ( 11 ) with an idler frequency while adjusting a pumping threshold of the crystal ( 5 ) to a pump power of the pump radiation ( 2 ) by an optical property of the crystal ( 5 ), characterized in that the optical property is the phase matching periodicity which is an odd multiple of twice the coherence length (Λ C ) of the optical parametric process. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenanpassungsperiodizität ein Dreifaches der doppelten Kohärenzlänge (ΛC) des optisch-parametrischen Prozesses ist. Use according to claim 6, characterized in that the phase matching periodicity is three times twice the coherence length (Λ C ) of the optical parametric process.
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