DE102020202936A1

DE102020202936A1 - Vorrichtung zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen

Info

Publication number: DE102020202936A1
Application number: DE102020202936.9A
Authority: DE
Inventors: Gerd vom Bögel; Anton Grabmaier
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2020-03-06
Filing date: 2020-03-06
Publication date: 2021-09-09

Abstract

Eine Vorrichtung zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen im Terahertz- Bereich umfasst eine optische Strahlungsquelle, die ausgelegt ist, um eine Modulationsperiode einer durch die optische Strahlungsquelle gelieferten Strahlung zu modulieren, wobei die Vorrichtung ausgelegt ist, um zwei relativ zueinander zeitlich verschobene Strahlanteile der durch die optische Strahlungsquelle gelieferten Strahlung in nichtlinearer Weise miteinander zu kombinieren, um als Ergebnis elektromagnetische Wellen zu erhalten, deren Frequenz einer Differenz zwischen Frequenzen der in nichtlinearer Weise kombinierten Strahlanteile entspricht. Die Modulation der durch die optischen Strahlungsquelle gelieferten Strahlung und die eine relative zeitliche Verschiebung der zeitlich verschobenen Strahlanteile sind dabei so gewählt, dass die Differenz zwischen den Frequenzen der in nichtlinearer Weise kombinierten Strahlanteile einer Sollfrequenz entspricht.

Description

Technisches Gebiet
Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen.
Insbesondere beziehen sich Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auf eine Vorrichtung zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen im Terahertz-Bereich (THz-Bereich).
Hintergrund der Erfindung
Die Erzeugung elektromagnetischer Wellen im Terahertz-Bereich wird in vielen technischen Anwendungsbereichen benötigt. Elektromagnetischer Wellen im Terahertz-Bereich können vielfältig eingesetzt werden, von der Datenübertragung mit sehr hoher Bandbreite, über die Charakterisierung von Materialien, der Messtechnik bis hin zu Anwendungen in der Sicherheitstechnik. Im Hinblick auf die Aufgabenstellung bestehen bereits verschiedene bisherige Problemlösungen, die im Folgenden erläutert werden.
Die Terahertzstrahlung, auch Submillimeterwellen genannt, ist eine elektromagnetische Welle und liegt im elektromagnetischen Spektrum zwischen der Infrarotstrahlung und den Mikrowellen. Bei einer Wellenlänge kleiner als 1 mm (=1.000 µm) liegt ihr Frequenzbereich dementsprechend oberhalb 300 GHz. Die Grenzen sind nicht einheitlich definiert, aber liegen im Allgemeinen bei 0,3 THz bis 6 THz, 10 THz und 30 THz.
Terahertzstrahlung liegt in dem Bereich, den Überlagerungsempfänger fast nicht mehr, optische Sensoren aber noch nicht abdecken, und ist deswegen Gegenstand intensiver Anwendungsentwicklungen geworden.
Jeder Körper emittiert Wärmestrahlung, unter anderem auch im Terahertz-Bereich. Da diese Strahlung inkohärent ist, muss ein solcher Sender als Rauschquelle betrachtet werden. Um die sehr geringen Rauschleistungen, die Körper gemäß dem Planck'schen Strahlungsgesetz emittieren, detektieren zu können, werden hochempfindliche radiometrische Messgeräte eingesetzt.
Großteils werden im unteren Terahertz-Bereich elektronische Schaltungen zur Erzeugung und Verstärkung von elektromagnetischen Wellen eingesetzt. Aktuell limitiert die Elektronik die Erzeugung der elektromagnetischen Wellen auf unterhalb von einem Terahertz.
Bei der Erzeugung von kohärenter Terahertzstrahlung kommen unterschiedlichste Sender zum Einsatz. Neben der Erzeugung von Terahertzstrahlung durch Frequenzvervielfachung (meist mit Hilfe von GaAs-Schottky-Dioden) oder Differenzfrequenzbildung von zwei Lasersignalen (beispielsweise von Halbleiterlasern, Distributed Feedback Lasern oder Distributed Bragg Reflektoren) an nichtlinearen Bauelementen, existieren Quantenkaskadenlaser, Molekülgaslaser, Freie-Elektronen-Laser, optisch-parametrische Oszillatoren und Rückwärtswellenoszillatoren.
Es wurde erkannt, dass für höhere Frequenzen 2 Laser eingesetzt werden können, die auf etwas unterschiedlicher Wellenlänge betrieben werden. Es wurde zudem erkannt, dass beispielsweise Halbleiterlaser, auch Distributed Feedback Laser (DFB) oder Distributed Bragg Reflector Laser (DBR) Laser eingesetzt werden können (wobei die genannten Lasertypen beispielsweise auch bei den Ausführungsbeispielen bei der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen können).
Es wurde erkannt, dass die optischen Kanäle gemischt werden können, bzw. das mit Hilfe eines nichtlinearen Mediums die Differenzfrequenz erzeugt werden kann. Ferner wurde erkannt, dass man hierzu typischerweise eine Photodiode nutzen kann, die die beiden optischen Signale mischt d.h. die Differenzfrequenz bildet und dieses Signal elektrisch zur Verfügung stellt.
Es wurde erkannt, dass hierbei eine Schwierigkeit darin besteht, dass beide Laser hinreichend Frequenzstabil (z.B. bei λi=905 nm, f₁ -331 THz und λ₂=902 nm, f₂ -332 THz) betrieben werden müssen, damit die Differenzfrequenz (Δf=f₂ - f₁ ~1 THz) bleibt.
In Anbetracht der oben erläuterten bisherigen Problemlösungen besteht ein Bedarf an einer Erzeugung elektromagnetischer Wellen im Terahertz-Bereich, die einen verbesserten Kompromiss zwischen dem Implementierungsaufwand, einem Stromverbrauch und einer Qualität (Frequenzstabilität) der Ausgangssignale liefert.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen (z.B. im Terahertz-Bereich). Die Vorrichtung zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen im Terahertz-Bereich weist eine optische Strahlungsquelle auf, die ausgelegt ist, um eine Wellenlänge einer durch die optische Strahlungsquelle gelieferten Strahlung zu modulieren.
Die Vorrichtung ist ferner ausgelegt, um zwei relativ zueinander zeitlich verschobene Strahlanteile der durch die optische Strahlungsquelle gelieferten Strahlung in nichtlinearer Weise miteinander zu kombinieren, um (als Ergebnis) elektromagnetische Wellen z.B. optische Wellen oder auch ein elektrisches Ausgangssignal einer Photodiode, zu erhalten, deren Frequenz einer Differenz zwischen Frequenzen der in nichtlinearer Weise kombinierten Strahlanteile entspricht.
Dabei ist die Modulation der durch die optischen Strahlungsquelle gelieferten Strahlung und die relative zeitliche Verschiebung der zeitlich verschobenen Strahlanteile so gewählt, dass die Differenz zwischen den Frequenzen der in nichtlinearer Weise kombinierten Strahlanteile einer Sollfrequenz entspricht.
Es ist ein Grundgedanke dieser Vorrichtung, dass elektronmagnetische Wellen unter Verwendung nur einer optischen Strahlungsquelle erzeugt werden können, indem die Frequenz bzw. Wellenlänge der optischen Strahlungsquelle moduliert wird und indem zwei relativ zueinander zeitlich verschobene Strahlanteile der durch die (modulierte) Strahlungsquelle gelieferten Strahlung in nichtlinearer Weise miteinander kombiniert werden. Dadurch, dass die von der gleichen optischen Strahlungsquelle erzeugten Strahlanteile zeitlich zueinander verschoben sind, werden im Ergebnis Strahlanteile unterschiedlicher Frequenzen bzw. Wellenlängen nichtlinear kombiniert, wodurch unter anderem eine elektronmagnetische Welle erhalten wird, deren (momentane) Frequenz einer (momentanen) Differenz der Frequenzen der in nichtlinearer Weise kombinierten Strahlanteile entspricht. Diese elektromagnetische Welle kann dann beispielsweise in ein elektrisches Signal gewandelt werden, dessen Frequenz somit der Differenz der Frequenzen der in nichtlinearer Weise kombinierten Strahlanteile entspricht. Durch geeignete Modulation der Strahlungsquelle und geeignete (relative) Verzögerung der zwei Strahlanteile kann im Übrigen noch erreicht werden, dass die (momentane) Differenz der Frequenzen der in nichtlinearer Weise kombinierten Strahlanteile zumindest über einen ausreichenden Zeitraum hinweg (oder, im Idealfall zeitlich durchgehend) der Sollfrequenz entspricht. Somit kann im Ergebnis eine einzige (im Hinblick auf die Frequenz bzw. Wellenlänge zeitlich modulierte) Strahlungsquelle verwendet werden, um (beispielsweise durch eine Strahlaufteilung und eine Verzögerung) effektiv zwei gleichzeitig vorhandene Strahlanteile unterschiedlicher Frequenz bzw. Wellenlänge zu erhalten, deren „Mischung“ (im Sinne einer nichtlinearen Kombination) das gewünschte Ausgangssignal ergibt.
Es ist ein Vorteil dieser Vorrichtung zur Erzeugung Elektromagnetischer Wellen, dass die Erzeugung der elektromagnetischen Wellen mit geringem Aufwand erfolgt. Es kommen nur optische bzw. elektrooptische Komponenten, wie beispielsweise ein Laser, eine optische Verzögerungsleitung und eine Photodiode zum Einsatz. Im Vergleich zu überlieferten Möglichkeiten zur Erzeugung Elektromagnetischer Wellen wird für höhere Frequenzen nur ein Laser anstatt zwei eingesetzt. Damit wird beispielsweise die Anschaffung der Komponenten zur Erzeugung der elektromagnetischen Wellen zu einer billigeren, da die Kosten für einen zweiten Laser entfallen. Aufgrund des simplen Aufbaus und geringeren Herstellungs- bzw. Beschaffungskosten, kann beispielsweise die Vorrichtung in bisher unbekannten Technologien bzw. Anwendungsbereichen eingesetzt werden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Modulation so ausgelegt, dass die Wellenlänge der durch die Strahlungsquelle gelieferten Strahlung zwischen zwei Werten hin- und hergeschalten wird, indem beispielsweise der Strom der Strahlungsquelle zwischen zwei Werten hin- und hergeschalten wird. Durch dieses Hin- und Herschalten bzw. Hin- und Herspringen der Werte kann beispielsweise eine zeitlich verlaufende Rechteckfunktion im Hinblick auf die Wellenlänge erreicht werden, die als Grundlage für einen stabilen Funktionsbetrieb der Vorrichtung dient. Insbesondere wird durch das, Hin- und Herschalten erreicht, dass am Ort der nichtlinearen Kombination nahezu durchgängig zwei Strahlanteile mit einer wohldefinierten Wellenlängendifferenz vorliegen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Modulation so ausgelegt sein, dass beispielsweise die Wellenlänge der durch die optische Strahlungsquelle gelieferten Strahlung zwischen einer ersten Wellenlänge (z.B. λ₁) und einer zweiten Wellenlänge (z.B. λ₂) abwechselt, wobei eine Differenz zwischen einer der ersten Wellenlänge zugeordneten Frequenz f₁ und einer der zweiten Wellenlänge zugeordneten Frequenz f₂ gleich einer Sollfrequenz ist. Dementsprechend liegen am Ort der nichtlinearen Kombination nahezu durchgängig gleichzeitig zwei Strahlanteile vor, deren Frequenzdifferenz der Sollfrequenz entspricht. Somit ergibt sich durch die nichtlineare Kombination ein Signal, das die Sollfrequenz aufweist.
Beispielsweise kann ein Wellenpaket mindestens zwei voneinander unterschiedliche Frequenzen (z.B. f₁ und f2) bzw. Wellenpaketabschnitte unterschiedlicher Wellenlängen λ₁, λ₂ umfassen.
Aus einer ersten Wellenlänge zugeordneten Frequenz (z.B. f₁) und einer zweiten Wellenlänge zugeordneten Frequenz (z.B. f₂) kann beispielsweise eine Differenz und/oder eine Summe der jeweiligen Frequenzen gebildet werden.
In dem sichergestellt wird, dass die von der optischen Strahlungsquelle erzeugten Frequenzen (z.B. f₁ und f₂), zwischen denen die optische Strahlungsquelle hin- und hergeschaltet wird, zeitlich konstant (bzw. zeitlich stabil) erzeugt bzw. eingestellt, oder indem die optische Strahlungsquelle so eingestellt oder geregelt wird, dass die Differenz der von der optischen Strahlungsquelle erzeugten Frequenzen im Wesentlichen konstant ist, werden, kann eine ebenso zeitlich konstante (bzw. zeitlich stabile) Differenzfrequenz erhalten werden, die einer Sollfrequenz entspricht.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann, das Hin- und Herschalten bzw. Hin- und Herspringen zwischen zwei Frequenzen bzw. Wellenlängen der von der optischen Strahlungsquelle gelieferten Strahlung beispielsweise unter Verwendung einer Strommodulation, einer Ladungsträgerinjektion oder eines elektrischen Feldes erfolgen. Somit kann die Differenz der Frequenzen der von der optischen Strahlungsquelle erzeugten Strahlung durch eine geeignete Einstellung einer elektrischen Ansteuerung der optischen Strahlungsquelle eingestellt bzw. geregelt werden. Dies ermöglicht eine Einstellung bzw. Stabilisierung der Frequenzdifferenz auf die Sollfrequenz, beispielsweise unter Verwendung eines ohne größere Probleme realisierbaren elektrischen Regelkreises, wobei beispielsweise eine elektrische Darstellung der elektromagnetischen Wellen, deren Frequenz der Differenzfrequenz zwischen der in nichtlinearer Weise kombinierten Signalanteile entspricht, Eingangsgröße des Regelkreises sein kann.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die relative zeitliche Verschiebung der zeitlich verschobenen Strahlanteile, mit einer Toleranz von +/-5% oder +/-10% oder +/-20% einer Modulationsperiode, einer Hälfte der Modulationsperiode oder einem ungeradzahligen Vielfachen der Hälfte der Modulationsperiode entsprechen. Dadurch, dass die relative zeitliche Verschiebung in etwa eine Hälfte der Modulationsperiode beträgt, kann erreicht werden, dass an dem Ort der nichtlinearen Kombination - bspw. unter der Annahme, dass etwa während der Hälfte der Modulationsperiode optische Strahlung der ersten Wellenlänge und während der anderen Hälfte der Modulationsperiode optische Strahlung der zweiten Wellenlänge erzeugt wird - nahezu durchgängig ein Strahlanteil der ersten Wellenlänge und ein Strahlanteil der zweiten Wellenlänge vorhanden sind. In anderen Worten, dadurch das die relative Zeitliche Verschiebung etwa einer Hälfte der Modulationsperiode entspricht, kann erreicht werden, dass an dem Ort der nichtlinearen Kombination Strahlanteile kombiniert werden, von denen einer während einer ersten Hälfte der Modulationsperiode erzeugt wurde und von denen ein anderer während der zweiten Hälfte der Modulationsperiode erzeugt wurde.
Bei der Erzeugung elektromagnetischer Wellen mit optischen und optoelektrischen Bauteilen, kann die relative zeitliche Verschiebung der zeitlich verschobenen Strahlanteile Imperfektionen umfassen, die als Ergebnis nur nahezu durchgängig gleichzeitig zeitlich verschobene Strahlanteile liefern. Damit sichergestellt wird, dass auftretende Imperfektionen (beispielsweise durch Abweichungen der Modulationsperiode oder durch unterschiedlicher Polarisationen der zwei relativ zueinander zeitlich verschobenen Strahlanteile) möglichst gering ausfallen (um die Differenzfrequenz stabil zu halten) entspricht die relative zeitliche Verschiebung der zeitlich verschobenen Strahlanteile beispielsweise mit einer Toleranz von +/-5% oder +/-10% oder +/-20% einer Modulationsperiode, einer Hälfte der Modulationsperiode, oder einem ungeradzahligen Vielfachen der Hälfte der Modulationsperiode. Somit wird erreicht, dass am Ort der nichtlinearen Kombination nahezu durchgängig gleichzeitig zwei Strahlanteile mit unterschiedlicher Wellenlänge vorliegen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung ausgelegt sein, um basierend auf der nichtlinearen Kombination der zwei relativ zueinander zeitlich verschobenen Strahlanteile ein elektrisches Ausgangssignal bereitstellen. Mit Hilfe eines optoelektronischen Bauteils, wie beispielsweise einer Photodiode, können die zwei relativ zueinander zeitlich verschobenen Strahlanteile der durch die optische Strahlungsquelle gelieferte Strahlung in nichtlinearer Weise miteinander kombiniert werden, um das elektrische Ausgangssignal (elektromagnetische Wellen, deren Frequenz der Differenzfrequenz zwischen der in nichtlinearer Weise kombinierten Signalanteile entspricht) zu erzeugen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die optische Strahlungsquelle beispielsweise während einer Modulationsperiode ein Wellenpaket erzeugen, das beispielsweise in seiner ersten Hälfte, optische Strahlung einer ersten Wellenlänge und in seiner zweiten Hälfte, optische Strahlung einer zweiten Wellenlänge, aufweist.
Die Aufteilung des Wellenpakets kann in relativ zeitliche verschobene Strahlanteile erfolgen, sodass die relative zeitliche Verschiebung einer Hälfte der Modulationsperiode oder einem ungeradzahligen Vielfachen der Hälfte der Modulationsperiode entspricht. Anders gesagt, es überlagern sich beispielsweise die Strahlanteile der zwei Wellenlängen (einer ersten Wellenlänge und einer zweiten Wellenlänge). Somit können am Ort einer nichtlinearen Kombination die zwei relativ zeitlichen verschobenen Strahlanteile so überlagert werden, dass sich eine vorzugsweise zeitlich konstante Differenzfrequenz ergibt. Beispielsweise kann die Kombination in nichtlinearer Weise mit Hilfe einer Photodiode erfolgen, die nur den niedrigeren Teil der beiden Frequenzen erfasst und ein elektrisches Signal, entsprechend der Differenzfrequenz zur Verfügung stellt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung schafft ein Verfahren zur Erzeugung Elektromagnetischer Wellen. Das Verfahren basiert auf den gleichen Überlegungen wie die oben beschriebene Vorrichtung zur Erzeugung Elektromagnetischer Wellen. Das Verfahren kann optional um alle Merkmale, Funktionalitäten und Details ergänzt werden, die hierin auch im Hinblick auf die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung Elektromagnetischer Wellen beschrieben sind, und zwar sowohl einzeln auch als in Kombination.
Im Übrigen sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Ausführungsbeispiele optional um die im Folgenden noch beschriebenen Merkmale, Funktionalitäten und Details ergänzt werden können, und zwar sowohl einzeln als auch in Kombination.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen:

1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung Elektromagnetischer Wellen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ein Diagramm eines beispielhaften Frequenzverlaufs über die Zeit;
2a ein Diagramm eines beispielhaften Frequenzverlaufs einer optischen Strahlung;
2b ein Diagramm eines beispielhaften Frequenzverlaufs eines Strahlanteils ohne zeitliche Verzögerung;
2c ein Diagramm eines beispielhaften Frequenzverlaufs eines Strahlanteils mit zeitlicher Verzögerung um ¼ der Modulationsperiode;
2d ein Diagramm eines beispielhaften Frequenzverlaufs eines Strahlanteils mit zeitlicher Verzögerung um ½ der Modulationsperiode;
2e ein Diagramm eines beispielhaften Frequenzverlaufs von zwei übereinanderliegenden Strahlanteilen;
2f ein Diagramm eines beispielhaften Frequenzverlaufs der Differenzfrequenz;
3 ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Erzeugung Elektromagnetischer Wellen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 ein Blockdiagramm eines Verfahrens zur Erzeugung Elektromagnetischer Wellen.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zur Erzeugung Elektromagnetischer Wellen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Vorrichtung 100 ist ausgelegt, um elektromagnetische Wellen 114 z.B. im Terahertz-Bereich unter Verwendung einer optischen Strahlungsquelle 120 bereitzustellen. Als optische Strahlungsquelle 120 kann beispielsweise ein Laser, dessen Wellenlängenbereich vorher festgelegt und eingestellt werden kann, verwendet werden. Alternativ kann zur Erzeugung optischer Wellen auch eine lichtemittierende Diode (LED) oder eine andere optische Quelle, die optische Strahlung mit veränderbarer Wellenlänge erzeugt, verwendet werden. Die optische Strahlungsquelle 120 ist so ausgelegt, dass die Wellenlänge bzw. die Frequenz der durch die optischen Strahlungsquelle 120 gelieferten Strahlung 110 durch ein Modulationsverfahren moduliert werden kann.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Vorrichtung 100 zur Erzeugung Elektromagnetischer Wellen mit nur einem einzigen Laser auskommt. Zudem sei darauf hingewiesen, dass die von der optischen Strahlungsquelle 120 erzeugten optische Wellen 110 typischerweise Analogsignale (also beispielsweise zeit-kontinuierliche und wertkontinuierliche Signale) repräsentieren bzw. sind.
Das Modulationsverfahren kann in dieser Offenlegung auch kurz als Modulation benannt werden, ohne auf ein entsprechendes Anwendungsbeispiel beschränkt zu sein. Für die weitere Ausführung wird bei der optischen Strahlungsquelle 120 bspw. von einem Laser ausgegangen. Die Modulation des Lasers kann beispielsweise mit Hilfe einer Strommodulation, einer Ladungsträger-Injektion, elektrischer Felder oder weiteren Modulationsverfahren erfolgen, um die durch die optische Strahlungsquelle 120 gelieferte Strahlung 110 mit einer veränderbaren Wellenlänge bereitzustellen.
Die durch den Laser gelieferte Strahlung 110 wird geteilt, wodurch beispielsweise zwei Strahlanteile 110a, 110b erhalten werden. Anschließend werden die Strahlanteile 110a, 110b unterschiedlich zeitlich verzögert (z.B. symbolisiert durch die relative zeitliche Verzögerung 130), um als Ergebnis zwei relativ zueinander zeitlich verschobene Strahlanteile 130a, 130b zu erhalten, die dann in nichtlinearer Weise miteinander kombiniert 112 werden.
Die Modulation der durch die optische Strahlungsquelle 120 gelieferten Strahlen 110 und die relative zeitliche Verschiebung 130 der zeitlich verschobenen Strahlanteile 130a und 130b kann so gewählt sein, dass die Differenz zwischen den (momentanen) Frequenzen der in nichtlinearer Weise kombinierten 112 Strahlanteile 130a und 130b (z.B. am Ort der nichtlinearen Kombination) einer Sollfrequenz 210 gemäß 2 entspricht.
Der Begriff der zeitlichen Verschiebung 130 entsprich ebenso dem Begriff der zeitlichen Verzögerung 130 und vice versa. Eine Verschiebung im zeitlichen Verlauf kann gleichzeitig eine Verzögerung einschließen. Relativ heißt in einem Verhältnis zu etwas oder zu etwas in einem Kontext stehend und sich darauf beziehend, beispielsweise die relativ zueinander zeitlich verschobenen Strahlanteile (130a und 130b).
Die nicht lineare Kombination 112 der relativ zueinander zeitlich verschobene Strahlanteile 130a und 130b ergibt elektromagnetische Wellen 114, wobei die Frequenz (bzw. eine dominierende Frequenz) der elektromagnetischen Wellen 114 beispielsweise einer Differenz zwischen den Frequenzen der zeitlich verschobenen Strahlanteile 130a und 130b entspricht.
Im Übrigen ist die Modulation beispielsweise so ausgelegt, dass die Wellenlänge der durch die optische Strahlungsquelle 120 gelieferten Strahlung 110 zwischen zwei Werten hin- und hergeschalten wird. Beispielsweise können Werte für Frequenzen in der Einheit Hertz, Wellenlängen in der Einheit Nanometer oder für Einheiten unspezifischer Größe stehen.
Für ein Hin- und Herschalten zweier Werte der Wellenlänge kann z.B. ein erster Wert, z.B. λ₂=902 nm 232, und ein zweiter Wert, λ₁=905 nm 231, angenommen werden. Diese Werte können für die Modulation der durch den Laser gelieferten Strahlung 110 eingestellt werden, um eine Modulation des Frequenzverlaufs zu erreichen, sodass der Frequenzverlauf einer Rechteckfunktion oder zumindest näherungsweise einer Rechteckfunktion oder zumindest näherungsweise einer Trapezfunktion entspricht. Alternativ kann auch, ganz allgemein, zwischen zwei Werten (z.B. zwischen zwei Wellenlängen der optischen Strahlung, oder zwischen zwei in den Laser eingeprägten Strom, oder zwischen zwei Ladungsträgerdichten in dem Laser) hin- und hergeschalten werden, solange der erste Wert nicht gleich dem zweiten Wert entspricht.
Ferner ist die Modulation beispielsweise so ausgelegt, dass die Wellenlänge der durch die optische Strahlungsquelle 120 gelieferten Strahlung 110 zwischen einer ersten Wellenlänge 231 und einer zweiten Wellenlänge 232 abwechselt, wobei eine Differenz (bzw., genauer, ein Betrag der Differenz) zwischen einer der ersten Wellenlänge zugeordneten Frequenz 221 und einer der zweiten Wellenlänge zugeordneten Frequenz 222 gleich der Sollfrequenz 210 gemäß 2 entspricht.
Die Wellenlänge der durch den Laser gelieferten Strahlung 110 kann beispielswiese periodisch, z.B. in der Form einer Sinus-, oder Kosinusfunktion, zwischen der ersten Wellenlänge 231 z.B. λ_i und der zweiten Wellenlänge 232 z.B. λ₂ wechseln, bzw. zeitlich verlaufen. Alternativ kann die Wellenlänge beispielsweise zwischen der ersten und zweiten Wellenlänge (231 und 232) hin und her springen, sodass die Wellenlänge im zeitlichen Verlauf annähernd einer Rechteckfunktion oder zumindest näherungsweise einer Rechteckfunktion oder zumindest näherungsweise einer Trapezfunktion mit beispielsweiser konstanter Frequenz abbildet. Alternativ kann auch eine Trapez- oder Sägezahnfunktion abgebildet werden. Beispielsweise können Imperfektionen (z.B. Oberschwingungen oder Unterschwingungen) in den Funktionen auftreten, die als Toleranzen oder Toleranzbereiche im weiteren Verlauf beschrieben werden. Anders gesagt, sind auftretende Imperfektionen (z.B. Oberschwingungen oder Unterschwingungen) in den Funktionen möglich, die für einen stabilen Betrieb beschränkt werden sollen. Die einschränkenden Bereiche für auftretende Oberschwingungen oder Unterschwingungen werden im weiteren als Toleranzbereiche oder Toleranzen genannt und beschrieben.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Differenzfrequenz z.B. Δf= f₂ - f₁ zwischen einer der ersten Wellenlänge 231 zugeordneten Frequenz z.B. f₁=331 THz und einer der zweiten Wellenlänge 232 zugeordneten Frequenz z.B. f₂=332 THz gleich der Sollfrequenz 210 z.B. f_soll=1 THz ist. So kann beispielsweise die Differenzfrequenz der Sollfrequenz 210 entsprechen. Ferner ist die Vorrichtung 100 so ausgelegt, dass die Sollfrequenz 210 in einem Bereich zwischen 100 GHz und 100 THz liegen soll.
Ferner ist die Vorrichtung 100 beispielsweise ausgelegt, um die Modulation der Wellenlänge der durch die optische Strahlungsquelle 120 gelieferten Strahlung 110 unter Verwendung einer Strommodulation z.B. eines an die optische Strahlungsquelle gelieferten Stromes, unter Verwendung einer Ladungsträgerinjektion z.B. in die optische Strahlungsquelle oder unter Verwendung eines elektrischen Feldes z.B. durch Anlegen eines elektrischen Feldes an die Strahlungsquelle zu bewirken. Alternativ sind auch andere Modulationsverfahren möglich.
Ferner ist die Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel beispielsweise so ausgelegt, dass der Frequenzbereich der Modulation, weiter auch Modulationsfrequenz genannt, zwischen 10 MHz und 1 GHz oder in einem Bereich zwischen 10 MHz und 10 GHz liegen kann. In anderen Worten ist die Modulationsfrequenz ein Kehrwert einer Periodendauer der Modulation. Zum Beispiel steht λ für die Periodenlänge, c für die Phasengeschwindigkeit und f für die Frequenz der Welle. Im Allgemeinen gilt: $P e r i o d e n l \ddot{a} n g e [m] = \frac{P h a s e n g e s c h w i n d k e i t [\frac{m}{s}]}{M o d u l a t i o n s f r e q u e n z [H z]}$
$f = \frac{1}{M o d u l a t i o n s p e r i o d e T}$
$λ = \frac{c}{f} \to f = \frac{c}{λ} \to λ = c * T$
Vorzugsweise ist die Modulationsfrequenz der durch die optische Strahlungsquelle 120 gelieferten Strahlung 110 um ein wesentliches kleiner als die Sollfrequenz 210, da sich der Laser sonst nicht hinreichend stabil betreiben lässt. Im Allgemeinen kann beispielsweise der Zahlenabstand zwischen Modulationsfrequenz und Sollfrequenz 210 mindestens zwischen einem 50 und 100-fachem liegen.
Die Vorrichtung 100 ist beispielsweise ferner ausgelegt, um optische Strahlung 110 mit einer Wellenlänge, die in einem Bereich zwischen 100 nm und 1 mm liegt, zu liefern. Indem sichergestellt wird, dass der Wellenlängenbereich der durch die optische Strahlungsquelle 120 bzw. den Laser gelieferten Strahlung 110 im Bereich zwischen 100 nm und 1 mm liegt, wird beispielsweise erreicht, dass ein großer Bereich des Lichtspektrums zur Erzeugung Elektromagnetischer Wellen abgedeckt wird. Dies kann entsprechend auch für den Frequenzbereich gelten. Alternativ kann ein Medium, beispielsweise Kristall, mit einem Laser angeregt werden, dass über einen Zwischenzustand, der die optische Strahlung z.B. im Terahertz-Bereich emittiert, in den Grundzustand oder Gleichgewichtszustand relaxiert bzw. übergeht. Mit Hilfe optischer Anregung der Energiezustände eines Kristalls kann elektromagnetische Strahlung z.B. im Terahertz-Bereich emittiert werden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 100 beispielsweise ausgelegt, so dass die relative zeitliche Verschiebung 130 der zeitlich verschobenen Strahlanteile 130a, 130b, die in nichtlinearer Weise kombiniert 112 werden, mit einer Toleranz von +/- 5% oder +/-10% oder +/-20% einer Modulationsperiode T₀ 240, einer Hälfte der Modulationsperiode T₀ 240 oder einem ungeradzahligen Vielfachen der Hälfte der Modulationsperiode T₀ 240 entspricht.
Die relative zeitliche Verschiebung 130 kann mit einer Phasenverschiebung oder Phasendifferenz einhergehen. Beispielsweise sind zwei Wellen gegeneinander in ihren Phasenwinkeln verschoben, wenn ihre Periodendauern zwar übereinstimmen, die Zeitpunkte ihrer Nulldurchgänge aber nicht. Die Angabe einer konstanten Phasenverschiebung ist auch dann möglich, wenn die Periodenlängen nicht gleich, aber ganzzahlige Vielfache voneinander sind. Relative zeitliche Verschiebungen 130 von optischen Wellenlängen bzw. optischen Strahlen können z.B. durch „Zeitglieder“, sowie durch unterschiedliche Materialeigenschaften und/oder -längen auftreten. Zeitlich verschobene Strahlanteile 130a, 130b bezeichnen die Strahlanteile, die im Gegensatz zu den nicht verschobenen Strahlanteilen durch eine relative zeitliche Verschiebung 130 oder Verzögerung zeitlich verzögert wurden und einen zeitlichen Abstand bzw. Differenz zueinander haben.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Modulationsperiode T₀ 240 ein anderer Begriff für die Periodendauer ist, die bereits das zeitliche Analogon zur räumlichen Ausdehnung eines Wellenlängenpakets, das während einer Modulationsperiode T₀ 240 durch die optische Strahlungsquelle 120 erzeugt wird, repräsentiert. Im Gegenzug ist die Wellenlänge der optischen Strahlung das räumliche Analogon zur zeitlichen Periodendauer der optischen Strahlung.
Beispielsweise trifft ein erster Wellenpaket-Anteil eines durch die optische Strahlungsquelle 120 während einer Modulationsperiode T₀ 240 erzeugten Wellenpakets (das beispielsweise in einer ersten Hälfte optische Strahlung einer ersten Wellenlänge aufweist und in einer zweiten Hälfte optische Strahlung einer zweiten Wellenlänge aufweist), der einen ersten Strahlenweg durchlaufen hat, um etwa eine halbe Modulationsperiode T₀ 240 früher an einem Ort einer nichtlinearen Kombination 112 ein als ein zweiter Wellenpaket-Anteil des durch die optische Strahlungsquelle 120 während der genannten Modulationsperiode T₀ 240 erzeugten Wellenpakets, der einen zweiten Strahlenweg durchlaufen hat. Somit treffen im Ergebnis an dem Ort der nichtlinearen Kombination 112 die zweite Hälfte des ersten Wellenpaket-Anteils und die erste Hälfte des zweiten Wellenpaket-Anteils gleichzeitig ein und werden miteinander nichtlinear kombiniert 112 bzw. gemischt. Dabei kann der erste Wellenpaket-Anteil ein Teil des ersten Strahlanteils sein, und der zweite Wellenpaket-Anteil kann ein Teil des zweiten Strahlanteils sein.
Geht man beispielsweise von einer Modulationsperiode T₀ 240 von 10 MHz aus (Periodendauer 100 ns), so sollte die relative zeitliche Verschiebung 130 zwischen den Strahlanteilen 130a, 130b beispielswiese etwa 50 ns, oder ein ungeradzahliges Vielfaches davon betragen (wobei die oben genannten Toleranzen akzeptabel wären). Dies kann beispielsweise durch unterschiedliche Laufzeiten der Strahlanteile 110a, 110b von der optischen Strahlungsquelle 120 hin zu dem Ort der nichtlinearen Kombination 112 erreicht werden (wobei ein Laufzeitunterscheid der Strahlanteile dann beispielswiese etwa 50 ns, oder ein ungeradzahliges Vielfaches davon betragen kann).
Ferner ist die Vorrichtung 100 zur Erzeugung Elektromagnetischer Wellen so ausgelegt, dass die relative zeitliche Verschiebung 130 der zeitlich verschobenen Strahlanteile 130a, 130b größer als eine Kohärenzzeit der optischen Strahlungsquelle 120 oder größer als ein Zehnfaches der Kohärenzzeit der optischen Strahlungsquelle 120 ist, damit sich die Phasen bei größerer Kohärenzzeit nicht auslöschen können. Zeitliche Kohärenz ist dann notwendig, wenn die Wellenlänge zu einer zeitlich verschobenen Kopie ihrer selbst kohärent sein soll. Das ist beispielsweise dann der Fall, wenn die relative zeitliche Verschiebung 130 der zeitlich verschobenen Strahlanteile 130a, 130b unterschiedliche Längen aufweisen. Die Zeit, nach der sich die Relativwerte von Phase und/oder Amplitude signifikant verändert haben, so dass die Korrelation in entscheidendem Maße abnimmt, ist als die Kohärenzzeit definiert. Es sei darauf hingewiesen, dass die Kohärenzlänge als die Entfernung definiert ist, die die Welle innerhalb der Kohärenzzeit zurücklegt.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 100 ein optoelektronisches Bauteil oder ein nichtlineares Medium auf, das ausgelegt ist, um die zwei relativ zueinander zeitlich verschobenen Strahlanteile 130a, 130b der durch die optische Strahlungsquelle 120 gelieferten Strahlung 110 in nichtlinearer Weise miteinander zu kombinieren 112. Bei dem optoelektronisches Bauteil kann es sich beispielsweise um ein Wandlerbauteil, Photodiode 350, Fotowiderstand, Solarzelle, Fototransistor oder ein anders optoelektronisches Bauteil handeln, dass die durch die optische Strahlungsquelle 120 gelieferten Strahlung 110 in nichtlinearer Weise miteinander kombiniert 112. In anderen Worten sind für eine Kombination 112 in nichtlinearer Weise ein oder mehrere Medien oder Bauteile oder Systeme notwendig, deren Ausgangssignal nicht immer proportional zum Eingangssignal ist, sondern die ein nichtlineares Verhalten aufweisen. Charakterisiert sind sie dadurch, dass man nicht von mehreren bekannten Eingangssignal-Ausgangssignal-Paaren auf eine unbekannte Systemantwort zu gegebenem Eingangssignal schließen kann. Die Kombination 112 zweier relativ zueinander zeitlich verschobener Strahlanteile in nichtlinearer Weise kann eine Differenzfrequenzbildung umfassen, sodass die Differenz einer Sollfrequenz 210 entspricht.
Ferner weist die Vorrichtung 100 eine Photodiode 350 auf, die ausgelegt ist, um die zwei relativ zueinander zeitlich verschobenen Strahlanteile 130a, 130b der durch die optische Strahlungsquelle 120 gelieferten Strahlung 110 in nichtlinearer Weise miteinander zu kombinieren 112. Die Photodiode 350 ist eine Halbleiter-Diode, die Licht an einem p-n-Übergang oder pin-Übergang durch den inneren Photoeffekt in einen elektrischen Strom umwandelt. Sie wird unter anderem verwendet, um Licht in eine elektrische Spannung oder einen elektrischen Strom umzusetzen oder um mit Licht übertragene Informationen zu empfangen. Die Photodiode 350 kann aus Halbleitermaterialien wie Silizium, Germanium oder aus Verbindungshalbleitern wie Indiumgalliumarsenid bestehen. Aufgrund der größeren Bandlücke von Silizium weisen Photodioden aus Silizium ein vergleichsweise geringes Rauschen auf und sind vorzugsweise für die Vorrichtung 100 zur Erzeugung Elektromagnetischer Wellen zu verwenden.
In der Photodiode 350 entsteht bei der Kombination 112 der zwei relativ zueinander zeitlich verschobenen Strahlanteile 130a, 130b aufgrund der nichtlinearen Eigenschaften der Photodiode 350 sowohl die Differenzfrequenz (Δf=f₂ - f₁ oder Af=f₁ - f2) als auch die Summenfrequenz (Σf=f₁ + f2). Aufgrund der limitierten Bandbreite der Photodiode 350 wird nur die niedrigere der beiden Frequenzen, die Differenzfrequenz erfasst. Damit steht ein elektrisches Signal mit einer Frequenz, entsprechend der Differenzfrequenz bzw. Sollfrequenz 210 zur Verfügung.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 100 ganz allgemein ausgelegt, um basierend auf der nichtlinearen Kombination 112 der zwei relativ zueinander zeitlich verschobenen Strahlanteile 130a, 130b der durch die optische Strahlungsquelle 120 gelieferten Strahlung 110 ein elektrisches Ausgangssignal zu erhalten, wobei eine Frequenz des elektrischen Signals der Differenz zwischen den Frequenzen der in nichtlinearer Weise kombinierten 112 Strahlanteile 130a, 130b entspricht. Beispielsweise kann sich als Ergebnis der Differenz zwischen den Frequenzen der in nichtlinearer Weise 112 kombinierten Strahlanteile 130a, 130b ein elektrisches Ausgangssignal mit einer Frequenz von 1 THz ergeben. Durch diesen Zusammenhang wird erreicht, dass die Differenz der Frequenzen der in nichtlinearer Weise kombinierten 112 Strahlanteile 130a, 130b und die Frequenz des elektrischen Signals annährend gleich sind. Das erhaltene elektrische Ausgangssignal umfasst elektromagnetische Wellen 114, die das Ergebnis dieser Vorrichtung 100 sind.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung 100 ausgelegt, um eine durch die optische Strahlungsquelle 120 erzeugte optische Strahlung 110 in zumindest zwei Strahlungsanteile 130a, 130b, z.B. Strahlungsanteile mit gleicher oder zumindest näherungsweise gleicher Intensität, z.B. unter Verwendung eines Strahlteilers, aufzuteilen. Die durch die optische Strahlungsquelle 120 erzeugte optische Strahlung 110 kann beispielsweise in einem Lichtleiter, Lichtwellenleiter, Lichtleitkabel oder allgemeiner in transparenten Bauteilen wie Fasern, Röhren oder Stäben geleitet werden, um die Strahlung bzw. das Licht über kurze oder lange Strecken zu transportieren und die zeitliche Verschiebung 130 zu erreichen. Die Lichtleitung kann dabei durch Reflexion an der Grenzfläche des Lichtleiters entweder durch Totalreflexion auf Grund eines geringeren Brechungsindex des den Lichtleiter umgebenden Mediums, durch Verspiegelung der Grenzfläche oder durch einen geeigneten Brechungsgradienten erreicht werden. Ferner kann die Lichtleitung in Fasern aus Quarzglas oder Kunststoff (polymere optische Faser) geführt werden. Ein hier beschriebener Lichtwellenleiter kann vorzugsweise aus Lichtleitern und/oder teilweise mit Steckverbindern konfektionierten Kabeln und Leitungen bestehen (bzw. solche umfassen) und wird weiter als Glasfaserkabel bezeichnet. Vorzugsweise werden mehrere Lichtwellenleiter gebündelt und mechanisch verstärkt, was zum Schutz und zur Stabilisierung der einzelnen Fasern dient.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann ein Strahlteiler bzw. eine Strahlteilung direkt in der optischen Strahlungsquelle 120 oder außerhalb der optischen Strahlungsquelle 120, beispielsweise im oder durch einen Lichtleiter, erfolgen, um zwei Strahlanteile 110a, 110b zu erhalten.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung 100 ferner ausgelegt, um einen der Strahlungsanteile 110a relativ zu einem anderen der Strahlungsanteile 110b z.B. durch eine Verzögerungsstrecke 130, zu verzögern, um zueinander zeitlich verschobene Strahlanteile 130a, 130b zu erhalten.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann eine Verzögerungsstrecke 130 ein längerer Weg, beispielsweise durch eine Schleife eines Lichtwellenleiters, in dem einer der Strahlungswege der Strahlungsanteile 110a oder 110b geführt wird, sein. Alternativ kann ein Phasengitter oder eine Änderung des Mediums zur Lichtleitung eine Verzögerung 130 von einem der zwei Strahlungsanteile 110a, 110b bewirken, um zueinander zeitlich verschobene Strahlanteile 130a, 130b zu erhalten.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung 100 ferner ausgelegt, um die zueinander zeitlich verschobenen Strahlanteile 130a, 130b z.B. in einem linearen Strahlkombinierer, mit anschließender Weiterverarbeitung bzw. Kombination 112 in einem nichtlinearen Medium oder Bauteil, oder direkt in einem nichtlinearen Medium oder Bauteil, in dem die nichtlineare Kombination 112 erfolgt, zusammenzuführen.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung 100, um die zueinander zeitlich verschobenen Strahlanteile 130a, 130b zu erhalten, einen linearen Strahlkombinierer mit anschließender Weiterverarbeitung aufweisen, der die durch die optische Strahlungsquelle 120 gelieferte Strahlung 110 linear zusammenführt. Die Kombination 112 in einem nichtlinearen Medium oder Bauteil erfolgt laut dem Ausführungsbeispiel in der anschließenden Weiterverarbeitung.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann die Kombinationen der Strahlanteile und die nichtlineare Kombination 112 direkt in einem nichtlinearen Medium oder Bauteil geschehen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 100 ausgelegt, um Polarisationen der zwei relativ zueinander zeitlich verschobene Strahlanteile 130a, 130b z.B. unter Verwendung einer Verzögerungsplatte aneinander anzupassen. Die Verzögerungs- oder Wellenplatte ist ein optisches Bauelement, das die Polarisation und Phase durchtretender (Transmission) elektromagnetischer Wellen ändern kann, sodass zirkular polarisiertes Licht entstehen kann. Unter vorzugsweiser Verwendung einer λ/4-Platte verzögern sich die Strahlung, die parallel zu einer bauteilspezifischen Achse polarisiert ist, um eine Viertel Wellenlänge gegenüber zu senkrecht polarisierter Strahlung. Die λ/4-Platte kann bei richtiger Einstrahlung aus linear polarisierter Strahlung zirkular oder elliptisch polarisierte Strahlung machen und aus zirkular polarisierter Strahlung sowie elliptisch polarisierter Strahlung wieder linear polarisierte.
Obwohl einige Aspekte im Zusammenhang mit einem Gerät beschrieben wurden, soll sichergestellt sein, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung der entsprechenden Methode darstellen, wobei ein Block, ein Teil oder eine Vorrichtung einem Verfahrensschritt oder einem Merkmal eines Verfahrensschrittes entspricht. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem Methodenschritt beschrieben werden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Elements oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Ferner sei darauf hingewiesen, dass die Vorrichtung 100 gemäß der 1 optional um alle Merkmale, Funktionalitäten und Details ergänzt werden kann, die hierin beschrieben sind, und zwar sowohl einzeln als auch in Kombination.
Ein Ausführungsbeispiel schafft ein entsprechendes Verfahren 400 zur Erzeugung Elektromagnetischer Wellen, z.B. im THz-Bereich, wobei das Verfahren 400 ein Erzeugen oder Erhalten einer optischen Strahlung, deren Wellenlänge moduliert wird, umfasst.
Des Weiteren umfasst das Verfahren 400 ein kombinieren von zwei relativ zueinander zeitlich verschobene Strahlanteilen 130a, 130b in nichtlinearer Weise, um als Ergebnis elektromagnetische Wellen 114, z.B. optische Wellen oder auch ein elektrisches Ausgangssignal der Photodiode 350, zu erhalten, deren Frequenz einer Differenz zwischen Frequenzen der in nichtlinearer Weise kombinierten 112 Strahlanteile entspricht.
Im Übrigen ist ein Modulieren der erzeugten oder erhaltenen optischen Strahlung und die relative zeitliche Verschiebung 130 der zeitlich verschobenen Strahlanteile 130a, 130b, so gewählt, dass die Differenz zwischen den Frequenzen der in nichtlinearer Weise kombinierten 112 Strahlanteile einer Sollfrequenz 210 entspricht.
Dieses Verfahren 400 kann optional um die Merkmale, Details und Funktionalitäten ergänzt werden, die hierin und in Hinblick auf die entsprechenden Vorrichtungen beschrieben sind, und zwar sowohl einzeln als auch in Kombination.
Im Folgenden wird anhand der 2 die Funktion der Vorrichtung 100 zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung näher erläutert, wobei die folgenden Ausführungen optional anzusehen sind. 2 zeigt ein Diagramm, in dem die Modulation bzw. die Anregung des Lasers so erfolgt, dass eine Frequenz im zeitlichen Verlauf der Frequenz der optischen Strahlung (z.B. als eine Rechteckfunktion) entspricht.
In 2 beschreibt eine Abszisse 280 die Zeit und eine Ordinate 282 die Frequenz der optischen Strahlung. Eine erste Kurve 211 beschreibt den zeitlichen Verlauf einer Frequenz eines ersten Strahlanteils, der einen ersten optischen Pfad durchläuft, z.B. am Ort der nichtlinearen Kombination 112, und eine zweite Kurve 212 beschreibt den zeitlichen Verlauf einer Frequenz eines zweiten Strahlanteils, der einen zweiten optischen Pfad durchläuft, z.B. am Ort der nichtlinearen Kombination 112.
Der Frequenzverlauf des ersten Strahlanteils 211 entspricht einer ersten Rechteckfunktion oder zumindest näherungsweise einer ersten Rechteckfunktion, wobei Frequenz 2 größer als Frequenz 1 ist. Der Frequenzverlauf des zweiten Strahlanteils 212 entspricht einer zweiten Rechteckfunktion oder zumindest näherungsweise einer zweiten Rechteckfunktion, wobei die zweite Rechteckfunktion beispielsweise gegenüber der ersten Rechteckfunktion um eine Verzögerungszeit T_deiay 241 verschoben ist (was durch die relative zeitliche Verzögerung 130 der beiden Strahlanteile erreicht wird). Die Verzögerungszeit T_delay 241 soll (im Idealfall) genau der Hälfte der Modulationsperiode T₀ 240 entsprechen, um bei einer nichtlinearen Kombination 112 den Betrag der Differenz der Frequenz 2 und Frequenz 1 möglichst konstant zu halten, damit ein stabiles Ausgangssignal (elektromagnetische Welle mit der Differenzfrequenz) erhalten werden kann. Die Verzögerungszeit T_delay 241 kann einem Unterschied von Verzögerungen in dem ersten optischen Pfad und in dem zweiten optischen Pfad (Strahlenweg), in dem beispielsweise der zweite Strahlanteil verzögert wird, entsprechen. Somit ist insgesamt festzuhalten, dass durch geeignete Wahl der Modulationsperiode T₀ 240 und der Verzögerungszeit T_delay 241 erreicht werden kann, dass einem Ort der nichtlinearen Kombination 112 nahezu durchgängig beide Strahlanteile unterschiedliche Frequenzen (mit konstantem Betrag der Frequenzdifferenz) aufweisen.
Im Folgenden werden anhand der 2a bis 2f die Frequenzverläufe, beispielsweise beim Durchlaufen der zeitlichen Verzögerung 130, näher erläutert, wobei die folgenden Ausführungen optional anzusehen sind.
2a zeigt ein schematisches Frequenz-Diagramm, in dem ein periodischer Frequenzverlauf der optischen Strahlung 110, 110a und 110b, beispielsweise am Ort eines Strahlteilers, entlang der Zeit als Rechteckfunktion dargestellt ist. Dabei gilt: f₂ > f₁ beispielsweise f₂=332 THz > f₁=331 THz.
2b zeig ein schematisches Frequenz-Diagramm, in dem ein periodischer Frequenzverlauf des zeitlich verschobenen Strahlanteils 130a dargestellt ist, der sich nach Durchlaufen der zeitlichen Verzögerung 130 beispielsweise am Ort der nichtlinearen Kombination 112 ergibt. Beispielsweise ist eine Laufzeit zwischen dem Ort des Strahlanteils und dem Ort der nichtlinearen Kombination 112 gleich Δt_pfad1.
2c zeigt ein schematisches Frequenz-Diagramm, in dem ein periodischer Frequenzverlauf des zeitlich verschobenen Strahlanteils 130b, beispielsweise am Ort der nicht linearen Kombination 112 dargestellt ist, der beispielsweise um ¼ der Modulationsperiode T₀ 240 relativ zum Frequenzverlauf 130a aus 2b verschoben ist. Beispielsweise ist eine Laufzeit des zweiten Strahlanteils zwischen dem Ort des Strahlteilers und dem Ort der nicht linearen Kombination 112 gleich Δt_pfad2. Dadurch, dass sich beispielsweise At_pfad1 und At_Pfad2 um ¼ der Modulationsperiode T₀ 240 unterscheiden ergebt sich eine entsprechende relative Verschiebung 130 zwischen den Strahlanteilen 130a und 130b.
Bei einer Überlagerung der Frequenzverläufe aus 2b und 2c, ist eine Phasenverschiebung Δt der zwei Pfade Δt_pfad1 und Δt_pfad2 in 2b zusätzlich angedeutet. Der zeitliche Abstand der steigenden Flanke des Strahlanteils 110a zur steigenden Flanke vom Strahlenteil 130a ist als Δt_pfad1 bezeichnet. Der zeitliche Abstand der steigenden Flanke vom Strahlenteil 110a (bzw. 110b) zur steigenden Flanke vom Strahlenteil 130b ist als Δt_pfad2 bezeichnet. Die Differenz der einzelnen Δt_pfad1 und Δt_pfad2 ergibt dann die Phasenverschiebung Δt.
Im Unterschied zu 2c zeigt 2d ein schematisches Frequenz-Diagramm, in dem ein periodischer Frequenzverlauf des relativ zeitlich verschobenen Strahlanteils 130b dargestellt ist, der um ½ bzw. die Hälfte der Modulationsperiode T₀ 240 im Gegensatz zum Frequenzverlauf 130a aus 2b verschoben ist. Anders gesagt ist der Frequenzverlauf des relativ zeitlich verschobenen Strahlanteils 130b so verschoben, dass (beispielsweise am Ort der nichtlinearen Kombination) bei fallender Flanke des Stahlanteils 130a eine steigende Flanke des Strahlanteils 130b und bei steigender Flanke des Strahlanteils 130a eine fallende Flanke des Strahlanteils 130b einhergeht.
Eine Überlagerung der beiden Strahlanteile 130a (gemäß 2b) und 130b (gemäß 2d), also mit einer relativen Verschiebung 130 von T/2, ist in 2e veranschaulicht. Hierbei sind beispielsweise die Frequenzverläufe der relativ zeitlich verschobenen Strahlanteile 130a, 130b so verschoben, dass bei fallender Flanke des Strahlanteils 130a eine steigende Flanke des Strahlanteils 130b und bei steigender Flanke des Strahlanteils 130a eine fallende Flanke des Strahlanteils 130b übereinanderliegen.
2e veranschaulicht das periodische Hin- und Herschalten bzw. Hin- und Herspringen zweier Werte der Wellenlänge bzw. Frequenz, sodass der Frequenzverlauf bzw. ein zeitlicher Verlauf der Wellenlänge annährend einer Rechteckfunktion (mit der Modulationsfrequenz T₀ 240) entspricht. Im Übrigen gleicht die relative zeitliche Verschiebung Δt 130 der Frequenzverläufe der zeitlich verschobenen Strahlanteile 130a, 130b beispielsweise einer Hälfte der Modulationsperiode T₀ 240.
Wird davon ausgegangen, dass beispielsweise die beiden Strahlanteile 130a und 130b wie in 2e gezeigt übereinanderliegen bzw. überlagert werden, so ergibt sich (zumindest betragsmäßig) eine annährend konstante Differenzfrequenz Δf, die in 2f schematisch dargestellt ist. Dabei entsprich die Differenzfrequenz Δf der Sollfrequenz 210.
3 zeigt ein Schaltbild einer Vorrichtung 300 zur Erzeugung Elektromagnetischer Wellen gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 300 umfasst einen Laser 310, der durch eine thermoelektrische Kühlung 311 gekühlt wird, eine Faser bzw. Glasfaser mit Linse 312, einem Isolator 320, einen eingangsseitigen Koppler 330 bzw. ein eingangsseitiges Verbindungsstück, einen Polarisationsregler 340, einen ausgangsseitigen Koppler 342 bzw. ein ausgangsseitiges Verbindungsstück, eine Photodiode 350, einen Verstärker 360 und - lediglich zur Veranschaulichung - einen Spektrumanalysator 370 (der auch entfallen kann). Alle in der Vorrichtung 300 enthaltenen Elemente sind in der Schaltungsreihenfolge austauschbar und untereinander optional anzusehen. Die optische Strahlungsquelle 120 kann beispielsweise mit Hilfe des Lasers 310 gebildet werden, um einen optischen Strahl, dessen Wellenlänge mit der Modulationsperiode T₀ 240 moduliert ist, in ein Glasfaserkabel 312 einzukoppeln. Optional kann das Glasfaserkabel oder der Laser eine Linse 312 umfassen, die die durch die optische Strahlungsquelle 120 gelieferte Strahlung 110 ausrichtet bzw. einkoppelt.
Der optionale Isolator 320 kann beispielsweise eine Reflektion von optischer Leistung zurück in den Laser 310 vermeiden. Der Koppler 330 kann beispielsweise teilt das von dem Laser 310 modulierten Strahl in zwei Strahlanteile 332a, 332b auf, die beispielsweise den Strahlanteilen 110a, 110b entsprechen. Allgemein gesprochen wirkt der Koppler als Strahlteiler. Ausgänge des eingangsseitigen Kopplers 330 sind beispielsweise über zwei Glasfaserstrecken 334a, 334b (oder allgemein optische Wellenleiter) mit Eingängen eines ausgangsseitigen Kopplers 342 gekoppelt, so dass die beiden Strahlanteile 332a, 332b über die beiden Glasfaserstrecken 334a, 334b, die unterschiedliche Laufzeiten aufweisen (z.B. t und t+tau_d), zu dem ausgangsseitigen Koppler 342 geführt werden.
Optional weist zumindest eine der Glasfaserstrecken 334a, 334b einen Polarisationsregler 340 auf. Der Polarisationsregler 340 kann beispielsweise mit Hilfe eines λ/4-Polarisationsanpassers und/oder eines λ/2-Polarisationsanpasser zwei relativ zueinander zeitlich verschobene Strahlanteile 130a, 130b polarisationsmäßig aneinander anpassen. Der Polarisationsregler 340 kann so ausgelegt sein, dass er die relative zeitliche Verschiebung 130 eines Stahlanteils bewirkt oder zumindest einen Beitrag dazu liefert, um zwei relativ zueinander zeitlich verschobene Strahlanteile 130a, 130b zu erhalten.
In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich der Polarisationsregler 340 zwischen dem eingangsseitigen Koppler 330 bzw. Verbindungsstück und dem weiteren ausgangsseitigen Koppler 342 bzw. Verbindungsstück.
Im Folgenden wird eine Lösung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung noch einmal genauer erläutert. Es sei darauf hingewiesen, dass sich die im Folgenden gemachten Ausführungen und Erläuterungen im Wesentlichen auf die Vorrichtung 100, bzw. auf eine Quelle bzw. einen Sender für THz-Strahlung beziehen.
Großteils werden im unteren THz Bereich elektronische Schaltungen zur Erzeugung und Verstärkung von elektromagnetischen (EM) Wellen eingesetzt. Aktuell limitiert die Elektronik die Erzeugung der EM Wellen auf unterhalb 1 THz.
Für höhere Frequenzen werden herkömmlicherweise zwei Laser (oft Halbleiter Laser, auch DFB oder DBR Laser) eingesetzt, die auf etwas unterschiedlicher Wellenlänge betrieben werden. Die optischen Kanäle werden gemischt bzw. mit Hilfe eins nichtlinearen Mediums wird die Differenzfrequenz erzeugt. Typischerweise nutzt man hierzu eine Photodiode 350, die die beiden optischen Signale mischt d.h. die λ₂=905 nm Differenzfrequenz bildet und dieses Signal elektrisch zur Verfügung stellt.
Die Schwierigkeit hierbei ist, dass beide Laser hinreichend Frequenz stabil (z.B. bei λ₁=905 nm, f₁∼331 THz und λ₂=902 nm, f₂~332 THz) betrieben werden müssen, damit die Differenzfrequenz (Δf=f₂- f₁ ~1 THz) bleibt.
Im Folgenden wird ein Lösungsweg gemäß einem Aspekt der Erfindung beschrieben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das im Folgenden erläutert wird, schafft eine Anordnung die mit einem Laser auskommt. Dabei wird die Frequenz bzw. die Wellenlänge des Lasers moduliert, z.B. dies kann z.B. durch eine Strommodulation erfolgen. Es sind auch weitere Modulationsverfahren möglich, wie z.B. Ladungsträger Injektion, elektrische Felder.
Diese Modulation bzw. die Anregung erfolgt vorzugsweise (aber nicht notwendigerweise) mit einer Rechteckfunktion mit der Frequenz f₀ (z.B. fo=100 MHz). Die Frequenz f₀ entspricht einer Periode T₀. Die optische Strahlung wird in zwei Teile, beispielsweise mit möglichst gleicher Intensität, aufgeteilt. Ein Zweig der optischen Welle durchläuft beispielsweise eine Verzögerungsstrecke, die sich ergebende Verzögerungszeit T_delay, sollte beispielsweise wesentlich größer als die Kohärenzlänge bzw. zugehörige Kohärenzzeit (T_kohärenz) des Lasers sein und beispielsweise der Hälfte der Modulationsperiode T₀ 240 entsprechen.
Anschließend werden beide Strahlen wieder zusammengeführt und beispielsweise einem Medium mit nicht linearen Eigenschaften zugeführt. z.B. einer Photodiode 350. In der Diode entsteht beispielsweise sowohl die Differenzfrequenz als auch die Summenfrequenz. Nur die niedrigere der beiden Frequenzen, d.h. die Differenzfrequenz (Δf=f₂- f₁) wird aufgrund der limitierten Bandbreite der Diode erfasst.
Damit steht ein elektrisches Signal mit einer Frequenz von z.B. 1 THz zur Verfügung. Alternativ können auch andere nicht linearen Medien verwendet werden um die Differenzfrequenz zu erzeugen.
Dieses Ausführungsbeispiel kann optional um alle Merkmale, Funktionalitäten und Details ergänzt werden, die hierin beschrieben sind, und zwar sowohl einzeln als auch in Kombination. Im Übrigen können die Merkmale, Funktionalitäten und Details des hier beschriebenen Ausführungsbeispiels optional in alle übrigen Ausführungsbeispiele aufgenommen werden, und zwar sowohl einzeln als auch in Kombination.
Im Folgenden werden einige Vorteile dieser Lösung beschrieben. Zusammenfassend ist festzuhalten, dass das Ausführungsbeispiel eine Erzeugung von Elektromagnetischen Wellen im THz Bereich, ohne aufwendige elektronische Komponenten, sondern nur mit optischen Komponenten (Laser, optische Verzögerungsleitung, Photodiode) ermöglicht. Beispielsweise wird eine wesentlich einfachere und stabilere Lösung verglichen mit einer zwei Laser Konfiguration ermöglicht.
Gemäß einem (optionalen) Aspekt der Erfindung sind im optischen Bereich Umgehungslösungen möglich. z.B. kann ein Medium mit einem Laser angeregt werden, das über einen Zwischenzustand, der die THz Strahlung emittiert, in den Grundzustand relaxiert. Mit Hilfe optischer Anregung von Zuständen eines Mediums (Kristall) der Energieniveaus die es erlauben elektromagnetische Strahlung im THz Bereich zu emittieren.
Es sei darauf hingewiesen, dass Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung an dem Aufbau der THz Quelle (bzw. der Vorrichtung zur Erzeugung Elektromagnetischer Wellen) erkennbar sind. Auch an der Charakteristik der des generierten Spektrums im THz Bereich, kann auf das Prinzip geschlossen werden.
Im Folgenden werden Typische Anwendungen von Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Elektromagnetische Wellen im THz Bereich, die von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung erzeugt werden, können vielfältig eingesetzt werden: Datenübertragung mit sehr hoher Bandbreite, Material Charakterisierung, Messtechnik und Anwendungen in der Sicherheitstechnik.
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass das Erfindungskonzept einen sehr guten Kompromiss im Hinblick auf Funktionalität, Realisierungsaufwand und Stromverbrauch liefert. Sie liefert eine Möglichkeit zur Erzeugung von elektromagnetischen Wellen im Terahertz-Bereich, ohne aufwendige elektronische Komponenten, sondern nur mit optischen Komponenten wie dem Laser, der optischen Verzögerungsleitung und der Photodiode. Verglichen mit der herkömmlichen/geläufigen Zwei-Laser-Konfiguration erhält man mit dieser Vorrichtung 100 zur Erzeugung Elektromagnetischer Wellen eine wesentlich einfachere und vor allem stabilere Lösung bezogen auf der betriebenen Frequenzstabilität.
Bezugszeichenliste

100: Vorrichtung zur Erzeugung Elektromagnetischer Wellen
110: Strahlung mit modulierter Wellenlänge
110a: erster Strahlanteil
110b: zweiter Strahlanteil
112: Nichtlineare Kombination
114: elektromagnetische Wellen
120: optische Strahlungsquelle
130: Relative zeitliche Verzögerung
130a: relativ zeitlich verzögerter Strahlanteil
130b: relativ zeitlich verzögerter Strahlanteil
210: Sollfrequenz
211: erste Kurve
212: zweite Kurve
221: Frequenz f₁
222: Frequenz f₂
231: Wellenlänge λ₁
232: Wellenlänge λ₂
240: Modulationsperiode T₀
241: Verzögerungszeit T_delay
280: Abszisse
282: Ordinate
300: Variante einer Vorrichtung zur Erzeugung Elektromagnetischer Wellen
310: Laser
311: Kühlung
312: Linsenglasfaser
320: Isolator
330: Koppler
340: Polarisationsregler
350: Photodiode
360: Verstärker
370: Spektrumanalysator
400: Verfahren zur Erzeugung Elektromagnetischer Wellen
410: Erzeugen einer optischen Strahlung
420: Kombinieren von zwei relativ zueinander zeitlich verschobene Strahlanteile

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung Elektromagnetischer Wellen (100), wobei die Vorrichtung eine optische Strahlungsquelle (120) aufweist, und ausgelegt ist, um eine Wellenlänge einer durch die optische Strahlungsquelle gelieferten Strahlung zu modulieren (110); wobei die Vorrichtung ausgelegt ist, um zwei relativ zueinander zeitlich verschobene Strahlanteile (130a, 130b) der durch die optische Strahlungsquelle (120) gelieferten Strahlung (110) in nichtlinearer Weise miteinander zu kombinieren (112), um elektromagnetische Wellen (114) zu erhalten, deren Frequenz einer Differenz zwischen Frequenzen der in nichtlinearer Weise kombinierten Strahlanteile entspricht, wobei eine Modulation der durch die optischen Strahlungsquelle (120) gelieferten Strahlung (110) und eine relative zeitliche Verschiebung (130) der zeitlich verschobenen Strahlanteile (130a, 130b) so gewählt sind, dass die Differenz zwischen den Frequenzen der in nichtlinearer Weise kombinierten (112) Strahlanteile einer Sollfrequenz (210) entspricht.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Modulation so ausgelegt ist, dass die Wellenlänge der durch die optische Strahlungsquelle (120) gelieferten Strahlung (110) zwischen zwei Werten hin- und hergeschalten wird.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Modulation so ausgelegt ist, dass die Wellenlänge der durch die optische Strahlungsquelle (120) gelieferten Strahlung (110) zwischen einer ersten Wellenlänge (231) (z.B. λ₁) und einer zweiten Wellenlänge (232) (z.B. λ₂) abwechselt, wobei eine Differenz zwischen einer der ersten Wellenlänge (231) zugeordneten Frequenz f₁ (221) und einer der zweiten Wellenlänge (232) zugeordneten Frequenz f₂ (222) gleich der Sollfrequenz (210) ist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vorrichtung ausgelegt ist, um eine Modulation (240) der durch die optische Strahlungsquelle (120) gelieferten Strahlung (110) unter Verwendung einer Strommodulation, unter Verwendung einer Ladungsträgerinjektion oder unter Verwendung eines elektrischen Feldes zu bewirken.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Modulationsfrequenz (221, 222) in einem Bereich zwischen 10 MHz und 1 GHz oder in einem Bereich zwischen 10 MHz und 10 GHz liegt.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die optische Strahlungsquelle (120) ausgelegt ist, um optische Strahlung (110) mit einer Wellenlänge (231, 232), die in einem Bereich zwischen 100 nm und 1 mm liegt, zu liefern.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Sollfrequenz (210) in einem Bereich zwischen 100 GHz und 100 THz liegt.
Vorrichtung (100) gemäß der Ansprüche 1 bis 7, wobei die relative zeitliche Verschiebung (130) der zeitlich verschobenen Strahlanteile (130a, 130b), mit einer Toleranz von +/- 5% oder +/-10% oder +/-20% einer Modulationsperiode T₀ (240), einer Hälfte der Modulationsperiode T₀ (240) oder einem ungeradzahligen Vielfachen der Hälfte der Modulationsperiode T₀ (240) entspricht.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die relative zeitliche Verschiebung (130) der zeitlich verschobenen Strahlanteile (130a, 130b) größer als eine Kohärenzzeit der optischen Strahlungsquelle (120) oder größer als ein Zehnfaches der Kohärenzzeit der optischen Strahlungsquelle (120) ist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Vorrichtung ein optoelektronisches Bauteil aufweist, das ausgelegt ist, um die zwei relativ zueinander zeitlich verschobenen Strahlanteile (130a, 130b) der durch die optische Strahlungsquelle (120) gelieferten Strahlung (110) in nichtlinearer Weise miteinander zu kombinieren (112).
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Vorrichtung eine Photodiode (350) aufweist, die ausgelegt ist, um die zwei relativ zueinander zeitlich verschobenen Strahlanteile (130a, 130b) der durch die optische Strahlungsquelle (120) gelieferten Strahlung (110) in nichtlinearer Weise miteinander zu kombinieren (112).
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Vorrichtung ausgelegt ist, um basierend auf der nichtlinearen Kombination (112) der zwei relativ zueinander zeitlich verschobenen Strahlanteile (130a, 130b) der durch die optische Strahlungsquelle (120) gelieferten Strahlung (110) ein elektrisches Ausgangssignal (114) zu erhalten.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Vorrichtung ausgelegt ist, um eine durch die optische Strahlungsquelle (120) erzeugte optische Strahlung in zumindest zwei Strahlungsanteile aufzuteilen um einen der Strahlungsanteile relativ zu einem anderen der Strahlungsanteile zu verzögern (130), um zueinander zeitlich verschobene Strahlanteile (130a, 130b) zu erhalten, und um die zueinander zeitlich verschobenen Strahlanteile (130a, 130b) zusammenzuführen (112).
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Vorrichtung ausgelegt ist, um Polarisationen der zwei relativ zueinander zeitlich verschobenen Strahlanteile (130a, 130b) aneinander anzupassen.
Verfahren (400) zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen, wobei das Verfahren ein Erzeugen einer optischen Strahlung umfasst; wobei eine Wellenlänge der optischen Strahlung moduliert wird; wobei zwei relativ zueinander zeitlich verschobene Strahlanteile (130a, 130b) der erzeugten optischen Strahlung in nichtlinearer Weise miteinander kombiniert (112) werden, um elektromagnetische Wellen (114) zu erhalten, deren Frequenz einer Differenz zwischen Frequenzen der in nichtlinearer Weise kombinierten Strahlanteile entspricht; wobei eine Modulation der erzeugten optischen Strahlung und die relative zeitliche Verschiebung (130) der zeitlich verschobenen Strahlanteile (130a, 130b) so gewählt sind, dass die Differenz zwischen den Frequenzen der in nichtlinearer Weise kombinierten (112) Strahlanteile einer Sollfrequenz (210) entspricht.