DE1924122C3 - Optical parametric oscillator - Google Patents
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- G—PHYSICS
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Description
3. Parametrischer Oszillator nach Anspruch 2, einen Oszillator, bei dem sowohl Signal als auch dadurch gekennzeichnet, daß zu seiner Abstim- Idler resonant sind, die kontinuierliche Abstimmung mung die Temperatur des optisch nichtlinearen 30 der Signalfrequenz, daß zumindest drei Oszillator-Kristalls (11) geändert wird und daß innerhalb Parameter genau geändert werden. In der Praxis ist des Pumpresonators (15, 16, 17) eine Vorrich- es jedoch extrem schwierig, solche detaillierte Eintung (27, 28) zum Kompeasie en der optischen Stellungen zu machen, und es wird zumeist nur eine Weglänge im Pumpresonator, deren Änderung als Variable, z.B. Kristalldrehung oder Temperatur, zum Folge der Temperaturänderung auftritt, vorge- 35 Erhalt einer quasikontinuierlichen Abstimmung versehen ist. wendet. Für einen Oszillator, bei dem Signal und3. Parametric oscillator according to claim 2, an oscillator in which both signal and characterized in that its tuning idlers are resonant, the continuous tuning mung the temperature of the optically non-linear 30 of the signal frequency that at least three oscillator crystals (11) is changed and that parameters are changed exactly within. In practice it is of the pump resonator (15, 16, 17) a device, however, it is extremely difficult to make such detailed compliance (27, 28) for Kompeasie en the optical positions, and it is mostly only one Path length in the pump resonator, its change as a variable, e.g. crystal rotation or temperature, to the As a result of the temperature change occurs, before a quasi-continuous adjustment is provided. turns. For an oscillator with the signal and
4. Parametrischer Oszillator nach Anspruch 2, Idler resonant sind, gibt es Abstiinmdiskontinuitäten, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpresonator die Lücken aufweisen, die bis zu viele Male breiter (15, 41) und der oszillatoreigene Resonator (21, als der Axialschwingungsform-Frequenzabstand des 22) dafür ausgelegt sind, eine Mehrzahl benach- 40 Oszillators ist. (Siehe »Optical Parametric Oscillation barter Leerlauf-(Idler-)Frequenzen zu erzeugen, in LiNbO3* von J. A. Giordmaine und Robert sowie eine Vorrichtung (42) aufweist, die eine C. M i 11 e r in Physics of Quantum Electronics, her-Kopplung der Eigenschwingungen der Leerlauf- ausgegeben von P. L. Kelley, B. Lay und P. E. Tan-(Idler-)frequenzen bewirkt. nenwald [McGraw-Hill, N. Y. 1966, S. 31].)4. Parametric oscillator according to claim 2, idlers are resonant, there are Abstiinmdiskontinuititäten, characterized in that the pump resonator have the gaps that are up to many times wider (15, 41) and the oscillator's own resonator (21, than the axial waveform frequency spacing of the 22) are designed to have a plurality of adjacent 40 oscillators. (See »Optical Parametric Oscillation to Generate Bartered Idler- Frequencies in LiNbO 3 * by JA Giordmaine and Robert and a device (42) that produces a C. M i 11 er in Physics of Quantum Electronics, Coupling of the natural vibrations of the idling frequency produced by PL Kelley, B. Lay and PE Tan (idler) frequencies. Nenwald [McGraw-Hill, NY 1966, p. 31].)
5. Parametrischer Oszillator nach Anspmch 1, 45 Ein sehr bedeutsames, der gleichzeitigen Resonanz dadurch gekennzeichnet, daß erstens die Pump- von Signal und Idler zugeordnetes Problem ist die strahlung gepulst über ein optisches Ventil (59) leistungsabhängige Reflexion der Anregungsstrahdem nichtlinearen Kristall (61) zugeführt ist, daß lung (Pumpsfrahlung) durch den nichtlinearen Krizweitens dieser optisch nichtlineare Kristall (61) stall. (Siehe »Nonlinear Optical Effects: An Optical ein aus phasenanpaßbarem Material zusammen- so Power Limiter« von A. E. S i e g m a η, Applied Opgesetzter Kristall ist und daß drittens der äußere tics, Bd. 1, Nr. 6, vom November 1962, S. 739 bis Spiegel (63) des oszillatoreigenen optischen Re- 744.) Diese Reflexion tritt auf, weil sich die rückwärtssonators (62, 63) für die Signalstrahlung noch laufenden Anregungswellen mischen. Die leistungsdurchlässig ist. abhängige Reflexion erzeugt nicht nur eine uner-5. Parametric oscillator according to Anspmch 1, 45 A very significant one, the simultaneous resonance characterized in that, first, the problem associated with pumping signal and idler is the pulsed radiation via an optical valve (59) power-dependent reflection of the excitation beam nonlinear crystal (61) is supplied that treatment (pump radiation) through the nonlinear Krizweitens this optically nonlinear crystal (61) stall. (See “Nonlinear Optical Effects: An Optical a crystal composed of phase-adaptable material so Power Limiter "by A. E. S i e g m a η, Applied Op. Third, the external tics, vol. 1, no. 6, from November 1962, pp. 739 bis Mirror (63) of the oscillator's own optical receiver 744.) This reflection occurs because the backward sonators (62, 63) mix with each other for the signal radiation still running excitation waves. Which is permeable to power. dependent reflection not only creates an unrelated
55 wünschte Rückwirkung des parametrischen Oszillators auf die Anregungsenergiequelle, sondern verursacht auch einen schlechten Gesamtwirkungsgrad. Der theoretische Maximalwirkungsgrad ist; 50*/» und55 wanted the parametric oscillator to have an effect on the excitation energy source, but also caused poor overall efficiency. The theoretical maximum efficiency is; 50 * / »and
Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen wird erhalten, wenn die zugeführte Energie das Vierparametrischen Oszillator, dessen optisch nicht- 60 fache des parametrischen Schwingungüschwellenlinearer Kristall innerhalb eines eigenen optischen wertes ist. Ein stärkeres Anregen reduziert nur den Resonators angeordnet ist und mittels der kohären- Wirkungsgrad, weil die leistungsabhängige Reflexion ten Strahlung aus einem optischen Sender (Laser) als stärker zunimmt, wenn PIP, (das Verhältnis von Pumpstrahlung angeregt ist, wobei die Pumpfrequenz Pumpleistung zu Schwellenwertleistung) erhöht wird, als Summe von Signal- und Leerlauf-(Idler-)Frequenz 65 als sich Signal- und Idlerleistung erhöhen, vorliegt und der eigene optische Resonator von Spie- Beim Resonanzbetrieb mit hohem Q-Wert bei so-The invention relates to an optical is obtained when the energy supplied is the four-parametric oscillator, the optical of which is not 60 times the parametric oscillation threshold linear crystal within its own optical value. A stronger excitation only reduces the resonator and means of the coherent efficiency, because the power-dependent reflection th radiation from an optical transmitter (laser) increases more than when PIP, (the ratio of pump radiation is excited, with the pump frequency pump power to threshold power ) is increased, as the sum of the signal and idling (idler) frequency 65 as the signal and idler power increase, and the own optical resonator of the
geln begrenzt ist, die frequenzselektive dielektrische wohl Signal- als auch Idlerfrequenz wird nur eine Beschichtungen aufweisen. einzige axiale Pumpschwingungsform ein gegebenesgeln is limited, the frequency-selective dielectric signal and idler frequency is only one Have coatings. single axial pumping waveform a given
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enresen·An- 55611S1 wW· Sein optischer Resonator wird auf einer lH tr88e1 ketae Selt* durch einen W» « begrenzt, der den nicht, · kön2en aber 5^ Iwea?en ****& « erschließt wd der entweder auf *? f?ren P{Wwm elner Stirnfläche des nicbtlfoearen Kristalls selbst 8*^11^11^0"11- * oder ««*« davor angeordnet ist, sowie auf der andewen!ger Enerren Selte des stimulierbaren Lasermediums ö durch ein Vielfftch- ein scbwtagungsform-selektives Prisma29, das gegenüber dem Spinel 15 so angeordnet ist, daß die gezugrunde, daß meinsarae Achte durch das stimuUerbare Medium Ρ""«?«™«*β Schwingungen » im Behälter 13 verläuft enresen · An - 55611 S 1 wW · Its optical resonator on a lH tr88e 1 ketae Seltmann * W by a "" limited, of the non · Kings 2 s but 5 ^ iwea s **** and "opens wd? who either on *? f? Ren P {Wwm an end face of the nicely shaped crystal itself 8 * ^ 11 ^ 11 ^ 0 " 11 - * or « «*« is arranged in front of it, as well as on the other less energies of the stimulable laser medium ö by a multitude of c h - a conference-form-selective prism29, which is arranged opposite the spinel 15 so that the basic principle is that the eighth through the stimulable medium runs through the stimulable medium """?
vÄ!lw ° ^l8naI w erreichen- Die Um Schwingungsform-Auswabl unter den ver-Vorteile eraer Schwingung rait einem luchtresonanten scbiedenen Axialschwingungsformen zu ermöglichen, agnolsrnd bessere Abstrarobarkeit, erhöhter Wir- die mit dem Argon-LaseV erhältlich sind, ist ein kleikongsgrad undfehlende Ruckwirkung des Oszillators ner Hilfs- bzw? Teilresonator 20 vorgesehen, der auf die Quelle der Anregungsenergie. 1S durcb Spiegej l6 md 17 auf orthogonalen FlächenvÄ! lw ° ^ l8naI w - To enable oscillation form selection among the advantages of real oscillation rait a luminous resonant different axial oscillation forms, agnolsrnd better clarity, increased effectiveness, which are available with the argon LaseV, is a kleikong degree and lack of jerk effect of the oscillator ner auxiliary or? Partial resonator 20 is provided, which is based on the source of the excitation energy. 1S through mirrors j 16 and 17 on orthogonal surfaces
Demgemäß ist der pararaetnsche Oszillator der eines Prismas 18 gebildet ist Das Prisma 18 kann einleitend beschnebenen Art erfradungsgemäß da- erschmolzener Quarz sein, in welchem FaDe die gedurch gekennzeichnet, daß der oszillatoreigene op- neigte Oberfläche 19 eine partielle innere Reflexion tische Resonator nur für eine der beiden zu erzeu- im Prisma 18 zur Vervollständigung des Hilfiresogenden Frequenzen, beispielsweise für die Leerlauf- *> nators 20 erzeugen wirdAccordingly, the parametric oscillator is formed by a prism 18. The prism 18 can Initially, the species should be melted quartz, in which thread the through characterized in that the oscillator's own op-inclined surface 19 has a partial internal reflection Table resonator to be generated only for one of the two in prism 18 to complete the auxiliary source Frequencies, for example, for the idle *> nators 20 will generate
(Idler-)Frequenz, hohe Güte aufweist, die andere Fre- Der Idler-Resonator für den parametrischen Oszil-(Idler) frequency, has high quality, the other Fre- The idler resonator for the parametric oscil-
quenz aber, beispielsweise die Signalfre μιεηζ, nicht- lator wird nach innen durch den Reflektor 21 nahe resonant auskoppet. oder an der dem Renektor 15 entgegengesetztenBut quenz, for example the Signalfre μιεηζ, non-lator is coupled out inwardly through the reflector 21 near resonant. or at the opposite of Renektor 15
Nachfolgend soll sich die nichtresonant erzeugte Stirnfläche des Kristalls 11 sowie nach außen durch Strahlung auf das Signal beziehen, obgleich dieses in a5 dep axial verschiebbare*! Spiegel 22 begrenzt. Der einigen Fallen den bekannten Konventionen wider- Spiegel 22 ist auf einem piezoelektrischen Ring 23 spricht, die sich auf die Bezeichnung der beiden er- montiert, der von einer Feinabstimmquelle 24 zur zeugten Strahlungen beziehen. Es sei ferner vermerkt, Änderung der axialen Lage des Spiegels 22 steuerbar daß im Falle der Verwendung einer Vielfachschwin- ist. Die Spiegel 15, 21 und 22 sind Vielfach-Dielekgungsform-Anregungsquelle das nichtresonante Si- 30 trikum-Spiegel, die dafür ausgelegt sind, spezielle Regnal in vielen Schwingungsformen erzeugt werden flexionseigenschaften zu besitzen. Der Spiegel 15 ist wird; wohingegen der resonante Idler nur in einer hochreflektierend für die Pumpstrahlung und hocheinzigen Schwingungsform erzeugt werden wird, wenn durchlässig für die Signal- und Idler-Strahlung. Der der Idlerschwingungsformabstand breiter als das Spiegel 21 ist für die Pumpstrahlung und für die Si-Doppelte des Spektrums der Pumpschwingungsfor- 35 gnalstrahlung hochdurchlässig und für die Idlermen ist; . Strahlung hochreflektierend. Der Spiegel 22 ist fürIn the following, the end face of the crystal 11 generated in a non-resonant manner, as well as to the outside by radiation, will relate to the signal, although this is axially displaceable in a 5 dep *! Mirror 22 limited. The mirror 22 is mounted on a piezoelectric ring 23, which refers to the designation of the two, which relate to the radiation generated by a fine-tuning source 24, which in some cases reflects the known conventions. It should also be noted that the change in the axial position of the mirror 22 can be controlled so that, in the case of using a multiple speed, it is possible to control. The mirrors 15, 21 and 22 are multiple Dielekgungsform excitation source the non-resonant Si 30 trikum mirrors, which are designed to have special regnal generated in many waveforms to have flexion properties. The mirror 15 is will; whereas the resonant idler will only be generated in a highly reflective manner for the pump radiation and a single oscillation form if permeable to the signal and idler radiation. Of the Idlerschwingungsformabstand wider than the mirror 21 is for the pump radiation and for the Si twice the spectrum of the Pumpschwingungsfor- gnalstrahlung is highly permeable and men for the idler 35; . Highly reflective radiation. The mirror 22 is for
Im einzelnen ist zum Erhalt eines nichtresonanten die Signalstrahlung hochdurchlässig und für die
Signals und eines resonanten Idlers zumindest der Idler-Strahlung hochreflektierend,
von der Pumpquelle am weitesten entfernte Idler- Der Kristall 11 ist in einer Temperatursteuerein-In detail, the signal radiation is highly permeable to obtain a non-resonant and at least the idler radiation is highly reflective for the signal and a resonant idler,
The idler furthest away from the pump source. The crystal 11 is in a temperature control unit.
Reflektor dafür ausgelegt, das Signal praktisch voll- 40 richtung 26 montiert, die dafür ausgelegt ist, die Temständig durchzulassen, oder ist anderen Mitteln zum peratur des Kristalls 11 steuerbar zu ändern, um eine Entfernen der Signalstrahlung aus dem Idler-Reso- Grobabstimmung des Oszillator-Phasenanpassungsnator zugeordnet. Zustandes und dadurch Idler- and SignalfrequenzenReflector designed to carry the signal practically in full 40 direction is mounted, which is designed to be the Temständig to let through, or is other means to change the temperature of the crystal 11 controllable to a Removal of the signal radiation from the idler reso coarse tuning of the oscillator phase adjustment generator assigned. State and thus idler and signal frequencies
Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeich- zu erzeugen, deren Summe gleich der Anregungsnung beschrieben; es zeigt 45 oder Pumpfrequenz sein muß. Da diese Temperatur-The invention is to be generated below on the basis of the drawing, the sum of which is equal to the excitation described; it shows 45 or pump frequency must be. Since this temperature
F i g. 1 eine schematische Darstellung eines opti- abstimmung die optische Weglänge der Anregungsschen parametrischen Oszillators, der für Dauer- strahlung ändern wird, ist zum Zwecke eines Ausstrichschwingungsbetrieb gut geeignet ist, gleichs ein Weglängenkompensator 27, beispielsweiseF i g. 1 a schematic representation of an opti- cally tuning the optical path length of the small excitation parametric oscillator, which will change for continuous radiation, is for the purpose of a smear oscillation operation a path length compensator 27, for example, is also well suited
F i g. 2 eine Abwandlung der Ausführung nach ein elektro-optischer Modulator zur Verwendung bei Fig. 1 zur Schwingungsform-Zwangskopplung des 50 etwa 5000 A, im Pumpstrahlengang mit der z-Achse parametrischen Oszillators, um Ausgangsimpulse zu parallel zur Laser-Achse ausgerichtet angeordnet erzeugen, und wird über geeignete Elektroden von der Justier-F i g. 2 a modification of the embodiment according to an electro-optical modulator for use in Fig. 1 for the forced waveform coupling of the 50 about 5000 A, in the pump beam path with the z-axis parametric oscillator, in order to generate output pulses aligned parallel to the laser axis, and w ith the adjustment
F ig. 3 eine Oszillatorausführung, bei der der Spannungsquelle 28 angesteuert, um die Pumpwegnichtlineare Kristall außerhalb des Pumplaser-Reso- länge konstant zu halten, wenn sich die Kristalltemnators angeordnet ist, und 55 peratur innerhalb des Gehäuses 26 ändert Die An-Fig. 3 shows an oscillator design in which the voltage source 28 is controlled to make the pump path nonlinear Keep crystal constant outside of the pump laser resol length when the crystal temnator is is arranged, and 55 temperature within the housing 26 changes the
Fig. 4 Diagramme zur Erleichterung des Ver- regungsstraMung kann in den Kristall 11 mit Hilfe ständnisses der Wirkungsweise des optischen para- einer geeigneten Linse 29 fokussiert werden oder metrisches Oszillators. auch nicht.Fig. 4 Diagrams to facilitate the excitation flow can in the crystal 11 with the help Being able to focus on the mode of operation of the optical para a suitable lens 29 or metric oscillator. neither.
Der parametrische Oszillator nach F i g. 1 eignet Für die Ausführungsform nach F i g. 1 könnenThe parametric oscillator according to FIG. 1 is suitable for the embodiment according to FIG. 1 can
sich insbesondere zum Erhalt abstimmbarer parame- 60 verschiedene Reflexionseigenschaften für die Spiegel irischer Schwingung mit einem nichtresonanten Si- 15, 21 und 22 verwendet werden. Die Signalstrahgnal unter Verwendung einer stetigen Anregungs- lung, die aus dem Kristall 11 nach rechts läuft, kann strahlung. Der nichtlineare Kristall 11, aus beispiels- vom Pumpresonator an jeder geeigneten Stelle entweise Bariumnatriumniobat (Ba2NaNb3O15) liegt in- nommen werden oder kann absorbiert werden. Beinerhalb des optischen Resonators des Anregungs- «5 spielsweise könnte der Spiegel 17 für das Signal lasers 12, der bei etwa 5000 A arbeitet. Seine Schwin- durchlässig gemacht werden. Die beiden entgegengegungen werden von de/ Anregungsstrahlung angeregt, setzt laufenden Signalütrahlen können durch einen die beispielsweise in einem Argonionen-Laser 12 er- geeigneten Strahlkombinierer kombiniert werden,60 different reflection properties can be used for the mirrors of Irish oscillation with a non-resonant Si 15, 21 and 22 in particular to obtain tunable parameters. The signal beam using a steady excitation that runs out of the crystal 11 to the right can be radiation. The nonlinear crystal 11, made of barium sodium niobate (Ba 2 NaNb 3 O 15 ), for example from the pump resonator at any suitable point, is either absorbed or can be absorbed. For example, the mirror 17 for the signal laser 12, which operates at about 5000 A, could be located within the optical resonator of the excitation «5. Its swin-permeable to be made. The two opposing approaches are excited by the excitation radiation, sets current signal rays can be combined by a beam combiner suitable for example in an argon ion laser 12,
wenn die Signalstrahlung verwendet werden soll. In Dieses wird erreicht durch Ersetzen des schwingungsall diesen Fällen können die Spiegel 15, 21 und 22 formselektiven Prismas 20 in Fig. 1 durch einen die gleichen bleiben. einfachen Spiegel für die Pumpwellenlänge. Vielfre-if the signal radiation is to be used. This is achieved by replacing the oscillation in all these cases, the mirrors 15, 21 and 22 shape-selective prism 20 in FIG. 1 by a stay the same. simple mirror for the pump wavelength. Frequent
Um Abstimmbarkeit über ein breites Band zu er- quente Signale können dann verstärkt werden, da halten, «erden Idlerspiegel 21 und 22 verwendet, die s kein Signalresonatof vorhanden ist. für Wellenlängen von 1,0 um sowie wesentlich lan- Der wichtigste Gesichtspunkt der Ausführungsgere Wellenlängen höchreflektierend und für Wellen- form nach Fig. 1 ist der, daß die Signalstrahlung im längen von 0,49 bis 0,99 μπι noch durchlässig sind, von den Spiegeln 21 und 22 begrenzten optischen Refalls die 5>umpwellenlänge 0,5 jirn beträgt Der Spie- sonator nicht resonant ist, weil die Spiegel 15 und 22 gel IS wird for eine schaffe Spitze bei 03 μΐη, bei- io für die Signalstrahlung nicht reflektierend sind. Daspielsweise von 0,49 bis 0,51 μ«, reflektierend ge· her sind die Phasen von Signal aod Idler immer so, macht daß der Energiefluß von Anregung zu Signal undIn order to achieve tunability over a broad band, signals can then be amplified because hold, "earth idler mirrors 21 and 22 are used, which s no signal resonance is available. for wavelengths of 1.0 .mu.m as well as significantly longer Lengths of 0.49 to 0.99 μm are still permeable, optical reflections limited by mirrors 21 and 22 have a wavelength of 0.5 μm. The speaker is not resonant because mirrors 15 and 22 gel IS will have a sharp peak at 03 μΐη, while the signal radiation is not reflective. For example from 0.49 to 0.51 μ «, reflecting, the phases of signal aod idler are always makes that the flow of energy from excitation to signal and
wird der die Anregungs- oder Pumpstrahlung lie- Anregungsleistung sehr wirksam in Signal- und Idler-the excitation or pump radiation is very effective in signal and idler
feinde A-Laser beispielsweise so betrieben, iS leistung umgesetzt Dieser Punkt ist in Fi g. 4 durchEnemy A-Lasers, for example, operated in such a way, i S performance implemented This point is in Fi g. 4 through
daß er Strahlung bei 0,5 μα in einer einzigen Longi- Kurve 72 quantitativ dargestelltthat it represents radiation at 0.5 μα in a single Longi curve 72 quantitatively
tudinalschwifigungsfoffii stetig emittiert, wie letztere Die Kurven zeigen den Wirkungsgrad, unter wel-tudinalschwifigungsfoffii emitted steadily, like the latter The curves show the efficiency under which
durch den prismatischen Teilresoaator 20 ausgewählt ehern die Anregungsleistung in Signal- und Idler-selected by the prismatic partial resonator 20, the excitation power in signal and idler
wird. tn der Praxis kann die genaue Identität dieser leistung als Funktion PlP1, dem Verhältnis von züge-will. In practice, the exact identity of this service can be shown as a function PlP 1 , the ratio of train-
sichergestellt werden, das sein Signal von einem beim Schwellenwert, umgesetzt wird. Die Kurve 71ensure that its signal is implemented by one at the threshold value. The curve 71
resonator abstimmt beispielsweise durch Modifizie- metrischen Oszillator mit gleichzeitiger Signal- undresonator tunes, for example, by modifying a metric oscillator with simultaneous signal and
rea der dem Kompensator ti zugeführten Spannung. Idlerresonanz. Sie hat einen Maximalwert bei 50*/·rea the voltage supplied to the compensator ti. Idler resonance. It has a maximum value of 50 * / ·
chend an dem Vergleichskreis 31 gemacht werden. Schwellenwe«; für Oszillatoren mit nichtresonantemcan be made accordingly at the comparison circle 31. Thresholdwe «; for oscillators with non-resonant
Der BaNaNbOj-Kristall 11 ist beispielsweise mit Signal größer ist als für Oszillatoren mit gleichzeitisemer optischen Achse senkrecht zur gemeinsamen ger Resonanz, die Kurve 72, daß für Oszillatoren mit Achse der beiden optischen Resonatoren in F i g. 1 nichtresonantem Signal bei PIP, größer als 2 der Wirorientiert um eine Phasenanpassung der Pump-Si- 30 kungsgrad größer als 50·/· sein kann. Mit einer Ausgnal- and Idter-StrabJung ohne Doppelbrechung zu führungsform ähnlich der noch zu beschreibenden erzeugen. Aber nichtsdestoweniger braucht diese Fig.3 wurde gefunden, daß PIP, größer als 2 leicht Orientierung nicht verwendet zu werden. Eine Grob- erhalten werden kann.The BaNaNbOj crystal 11 is, for example, with a larger signal than for oscillators with a simultaneous optical axis perpendicular to the common resonance, curve 72 that for oscillators with the axis of the two optical resonators in FIG. 1 non -resonant signal at PIP, greater than 2, the We-oriented to a phase adjustment, the pump efficiency can be greater than 50 · / ·. With an Ausgnal- and Idter-StrabJung without birefringence to produce a guide shape similar to that still to be described. But nonetheless this Fig.3 has been found that PIP, greater than 2 easy orientation not to be used. A coarse can be obtained.
abstimmung der Signalfrequenz wird durch Andern Bei der abgeänderten Ausföhnmgsform nachThe signal frequency is tuned by changing the modified Ausföhnmgsform
der Temperatur innerhalb des Gehäuses 26 erreicht 35 F»g- 2 sind die entsprechenden Bauteile nrit gleichenthe temperature inside the housing 26 has reached 35 F »g-2, the corresponding components are identical
und die Fbvimiang durch Andern der Span- Bezugszeichen versehen. Die Ausführungsform nachand the Fbvimiang by changing the span reference numbers. The embodiment according to
mmg, die die Quelle 24 zum piezoelektrischen Ring Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig 1 da-mmg, which the source 24 to the piezoelectric ring Fig. 2 differs from that of Fig. 1 there-
23 zur Verschiebung des Spiegels 22 liefert. Soweit hingehend, daß sie für Mehrfach-Axialschwingungs-23 for moving the mirror 22 supplies. To the extent that they are suitable for multiple axial vibration
die Temperatur der Pumpweglänge im nichtlinearen form-Betrieb des anregenden Lasers und für einenthe temperature of the pump path length in the nonlinear form operation of the exciting laser and for one
manuefl eingestellt um den entgegengesetzten Ande- parametrischen Oszillators ausgelegt ist Die Schwin-manuefl is designed around the opposite ande- parametric oscillator.
rasgszuwachs in der Pumpweglänge im ekktro-op- gungsfoTm-Zwangskopplung erfolgt durch Dämp-Raising increase in the length of the pump path in the ekktro-op- gungsfoTm forced coupling occurs through damping
tischen Kompensator 27 zu erzeugen. Es wird des- fungsmodulation des Idler-Resonators in der Grund-table compensator 27 to produce. The basic modulation of the idler resonator is
halb eine mittlere Nonnarvui spannung für den Korn- schwingung des optischen Resonators die zugleichhalf a mean Nonnarvui voltage for the grain oscillation of the optical resonator at the same time
pemator 27 verwendet « die Differenzfrequenz für die »b benachbarte Har-pemator 27 uses «the difference frequency for the» b neighboring har-
Spiegefc 22 werden die Gesaintabstimme^enschaften sehen Utfiruintantalatkristall 43 OiTa01 bestehen, dieses ansÄfafießficn auf Ti.ttMiei be- 50 der mit semer optischen A&& parallel zur gemein-Spiegefc 22 will see the overall voting properties. Utfiruintantalatkristall 43 OiTa01 exist, this to the Äfafießficn on Ti.ttMiei be 50 with its optical A && parallel to the common
rüheödeä parainetrBchen OsziDators viel besser ge- samen Resonatorachse orientiert ist Der Kristall 43The crystal 43 is much better oriented along the entire resonator axis
steuert werde», als bei den früheren doppeltresonan- wird von einer Spannungsqnelle 44 bei in der Reso-will be controlled », as with the earlier double resonance, there is a voltage source 44 in the resonance
ten Oszillatoren, die bei der Abstimmung breite natorgrundfrequenz 21, beispielsweise über die trans-th oscillators, the broad nator base frequency 21 when tuning, for example via the trans-
Löcken aufweisen, wie dieses vorstehend beschrieben parenten endständigen Elektroden 45 betrieben. Die worden ist Die Lücken werden kleiner ab der halbe 5s Dämpfung ändert sich infolge der' Drehung derHave holes, as this previously described parent terminal electrodes 45 operated. the The gaps become smaller from half the 5s. Damping changes as a result of the 'rotation of the
^5^* ,^_ T-^. u- .«„_* c - ,.1 .· Pämpfungsänderung an den mtta dem Brewster-^ 5 ^ *, ^ _ T- ^. u-. «" _ * c -, .1.
nnmg eliminiert werden. Es sind daher nur zwei va- Es ist ein Vorteil der Ausfuhfungsfonn nachnnmg can be eliminated. There are therefore only two main features. It is an advantage of the design
riabfe Parameter für stetaje Absttmmung erforder&h, fc Fi g. 2, daß die Pumpleistang so hOchnnierhalb des ππ Gegergatz zn den drei erfoTderhcben variablen Kristalls 11 angehoben werden kann, daß die Band-Parametern, wenn Signal und Idler gleichzeitig reso- breite des parametrischen Oszfllators viele Male grö sasAs^ Clear parameters required for constant coordination & h, fc Fi g. 2, that the pump range can be raised so higher than the ππ opposite to the three required variable crystal 11 that the band parameters, when signal and idler are simultaneously reso- width of the parametric oscillator many times greater than ^ Ber ab die S^wingungsbandbrtite des PmnplasersAbove the S ^ wingungsbandbrtite of the Pmnplasers
?■ ^„«η»0«»«^ Idter-Resonatoräbrnesunge« kann die Rf? ■ ^ "" η " 0 """ ^ Idter-Resonatoräbrnesunge "the Rf
verwendet who, Kann man das scnwmgnngs- 65 kann die selektive Prisma weglassen und den Oszillator mitused who, can you scnwmgnngs- 65 can the Omit selective prism and use the oscillator
einer vieuxequenten (Jn vielen Schvingungsfonnen _£_ -^ 4»ine»« a vieuxequent (in many forms of variation _ £ _ - ^ 4 "ine"
sceden) Laserstrahhmg anregen bzw. pumpen. 2L ~ 'iyrta~ sceden) stimulate or pump the laser beam. 2L ~ ' iyrta ~
7 87 8
sein; aber nichtsdestoweniger werden viele zulässige sind, kein geeignetes Objekt zum Erzeugen eines Beaxiale
Idlerschwingungsformen innerhalb der Schwin- triebs mit Phasenkopplung. Der Grund dafür ist der,
gungsbandbreite vorhanden sein. Um sicherzustellen, daß die effektive Verstärkungskurve für einen solchen
daß die homogene Sättigungskennlinie des Kristalls Oszillator nicht eine glatte, sich langsam ändernde
11 nicht zu viele dieser Schwingungsformen ab- 5 Kurve ist. Stattdessen sind Ansammlungen axialer
schnürt, kann man eine inhomogen sättigende Ab- Schwingungsformen vorhanden, die um viele axiale
sorptionszelle 46 bekannter Bauart innerhalb des Schwingungsformen Voneinander im Abrtand liegen,
Idler-Resonators nahe dem Spiegel 22 montieren, für welche eine hohe Verstärkung vorhanden ist. Die
i, B. eine Zelle, die eine Farbstofflösung für Güte* Möglichkeit, einen Oszillator mit derart komplizier'
(Umschaltung, enthält, wenn die Idler*Wellenlänge io ten VerstSrkungszuständen (wegen der komplizierten
1)06 μΓπ beträgt. Inhomogene Sättigung ist die Eigen- Resonanz) zu einer Phasenkopplung zu bringen, ist
ichaft eines Verstärkung«- öder Absorptionsme- nicht bekannt. Für einen Oszillator mit einem nichtdiums,
daß die Entleerung der Verstärkung (oder resonanten Signal, wie z. B. der Oszillator nach
Absorption) bei einer Frequenz innerhalb der verfüg- F i g. 2, treten solche Schwierigkeiten nicht auf.
baren Bandbrette nicht dazu neigt, die Verstärkung 15 Es sollte sich verstehen, daß andere Ausftlhrungs-(oder
Absorption) bei allen Frequenzen innerhalb formen der Erfindung möglich sind. Beispielsweise
der verfügbaren Verstärkungs- oder Adsorptions- sind erfolgreiche Versuche durchgeführt worden, bei
bandbreite zu entleeren. Der sättigbare Farbstoff wird welchen der nichtlineare Kristall außerhalb des pumauch
zu einer tmpulsschärfung führen. Beachte, daß penden Laser-Resonators angeordnet und mit Spiedie
Zelle 46 außerhalb des Pumpresonators angeord- »0 geln versehen war, die dafür ausgelegt waren, den
net ist, so daß sie das Pumpen nicht beeinträchtigt. Idler in Resonanz zu bringen und das Signal ohnebeing; but nevertheless many are admissible, not a suitable object for generating a beaxial idler waveform within the oscillation drive with phase coupling. The reason for this is the availability of bandwidth. In order to ensure that the effective gain curve for such a that the homogeneous saturation characteristic of the crystal oscillator is not a smooth, slowly changing 11 not too many of these waveforms. Instead, there are clusters of axial constrictions, one can have an inhomogeneously saturating vibration waveforms that are at a distance from one another around many axial sorption cells 46 of known design within the waveforms, mount idler resonators near the mirror 22, for which there is a high gain. The i, B. a cell that contains a dye solution for quality * possibility of an oscillator with such a complicated '(switching, if the idler * wavelength io th amplification states (because of the complicated 1) 06 μΓπ. Inhomogeneous saturation is inherent - Resonance) to bring about a phase coupling is not known as an amplification - or absorption measure. For an oscillator with a non-medium that depletes the gain (or resonant signal, such as the oscillator after absorption) at a frequency within the available range. 2, such difficulties do not arise.
It should be understood that other execution (or absorption) at all frequencies within forms of the invention are possible. For example, of the available gain or adsorption, successful attempts have been made to dump at bandwidth. The saturable dye will also lead to a pulse sharpening of the nonlinear crystal outside of the pump. Note that the pending laser resonator was located and provided with mirror cells 46 located outside the pump resonator, which were designed so that it does not interfere with pumping. Idler resonate and the signal without
tn jedem Fall erzeugt, wenn einmal eine Mehr- Reflexion durchzulassen. Bei einem solchen VersuchIn any case, it is generated if one more reflection is allowed to pass through. In such an attempt
zahl axialer Idler-Schwingungsformen zum Schwin- wurden ein nichtlinearer LiNbOs*Kristall und einenumber of axial idler waveforms to the vibration were a nonlinear LiNbO s * crystal and one
gen angeregt worden sind, der phasenkoppelnde Mo- gepulste Einzelschwingungsform-Rubinlaser-Pump-have been stimulated, the phase-coupling mo- pulsed single waveform-ruby laser pump-
dulator 42 eine Zwangskopplung der Schwingungs- »5 quelle (0,6943 μπι) benutzt. Parametrische Schwin-dulator 42 a forced coupling of the vibration »5 source (0.6943 μπι) used. Parametric oscillation
formen, welche die Ausgangsstrahlung dazu zwingt, gungen bei einer zugeführten Pumpleistung vonshape, which forces the output radiation, conditions with a supplied pump power of
in Inrpulsen bei der Idler-Resonatorgrundfrequenz zu "· Kilowatt wurden leicht erhalten, und zwar beiin pulse pulses at the fundamental idler resonator frequency to "· kilowatts were easily obtained, namely at
erscheinen, wobei die Impulsbreite als eine Folge ei», er Idler-Wellenlänge von 1,04 μπι und einer Si-appear, the pulse width as a sequence ei », he idler wavelength of 1.04 μπι and a Si
ihrer Überlagerung in umgekehrter Beziehung zu der gnalwellenlänge von 2,08 μπι.their superposition in inverse relationship to the signal wavelength of 2.08 μπι.
Anzahl schwingender axialer Idler-Schwingungsfor- 3» Aus Gründen einfacher VersuchsbedingungenNumber of vibrating axial idler vibration forms 3 »For reasons of simple test conditions
men in Beziehung steht. wurde die Idlerleistung bei etwa 1,04 μπι nach Aus-men is related. the idler power was about 1.04 μπι after starting
Ein optischer parametrischer Oszillator hat nor- kopplung aus dem Oszillator über einen 38 Vo reflekmalerweise
gleichförmigen Gewinn. Dies bedeutet, tierenden Spiegel zu 41 Kilowatt gemessen. Von der
daß im stetigen Betrieb ein von einer einfrequenten nichtresonanten Signalleistung bei etwa 2,08 μπι
Pumpquelle angeregter Oszillator dazu neigt, in einer $5 kann angenommen werden, daß sie beträchtlich gröeinzigen
axialen Schwingungsform des Oszi^atorre- ßer ist. Da die resonante Strahlung, die hier als
sonators zu schwingen. Eine Mehrfachschwingungs- Idler bezeichnet wird, gemessen wurde, mag et, beform-Pumpe
kann zum Bestreiten dieser Tendenz be- quemer sein, in einem solchen Fall die Bezeichnung
nutzt werden, ebenso geeignete Mittel zum Fördern Signal und Idler zu vertauschen,
der Phasenkopplung der zahlreichen axialen Schwin- 40 Bei kleineren experimentellen Verbesserungen ergungsformen,
was einen Ausgang erzeugen würde, hält man beträchtliche Verbesserung des Ausgangs,
der aus einer Folge ultrakurzer Impulse bestehen So zeigt die Ausführungsform nach F i g. 3, die auf
würde. Zur Förderung der Phasenkopplung ist es den durchgeführten Versuchen beruht, einen optimöglich,
einen Intraresonator-Modulator bei der sehen parametrischen Oszillator 60, bei dem ein
eil L-Frequenz des Oszillator-Resonators einzu- 45 nichtresonantes Signal verwendet ist. Der Oszillator
bauen. Um das Pulsen weiter zu unterstützen, ist es 60 liegt außerhalb des Resonators des gepulsten
wünschenswert, eine sättigbare Farbstoffzelle 46 im Pump-Lasers 51. Der Pump-Laser ist ein Einzellongi-Idler-Resonator
nahe dem Spiegel 22 vorzusehen. tudinal- und Transversalschwingungsform-Hochlei-Deren
Wirkungsweise kann wie folgt verstanden stungsimpuls-Rubinlaser 51 mit Planspiegeln 53 und
werden. Der Modulator zwingt den Oszillator, über 50 54. Eine Einzelschwingungsform-Anregungsstrahlung
der Bandbreite des Modulators zu schwingen, wobei wird gewählt, weil hierdurch reproduzierbare Ergebimpulse erzeugt werden, die etwa so lang sind wie nisse sichergestellt werden, während mit einer Mehrder
Kehrwert dieser Bandbreite. Jedoch erreichten f achschwingungsform-Pumpquelle unregelmäßige Reelektronische
Schaltungen die phantastisch große sultate erhalten werden könnten. Der Laser-Resona-Bandbreite
und ultrakurze Impulse, die gewünscht 55 tor ist durch den hochreflektierenden Planspiegel 53
sind, nicht. Sie können nur auf dem Wege dazu hei- und den teildurchlässigen (zu ungefähr 70 «/o durchfen.
Um die Impulse kürzer zu machen, wird die lässigen) Spiegel 54 gebildet. Die Transversalschwin-Farbstoffzelle
46 als ein Impulsschärfungsmechanis- gungsform-Steuereng wird erreicht durch Einführen
mus verwendet. Alternativ kann der Farbstoff als ein einer 2-mm-Bohnmg in einer 1,6 mm dicken rost-Modulator
betrachtet werden, der eine beispielhaft 60 freien Stahlplatte 55, und die Steuerung der Longigroße
Bandbreite besitzt. Daher wird der Farbstoff tudmalschwingungsform und das Q-Umschalten wird
in der gleichen Weise verwendet, wie Farbstoffe zur bewirkt durch den Q-Schalter 56 mit ausbleichbarert
Erzeugung einer Phasenkopplung bei Nd-Glas und Farbstoff (Kryptocyanin in Methanol), der zu diesem
Rubin-Lasem verwendet werden. Der Modulator Zweck nahe dem stinraljerbaren Lasennednun 52
wird einfach dazu verwendet, um sicherzustellen, daß «5 angeordnet ist. Die AnregungslichtqueDe 5§ wird iedie
gewünschte Phasenkopplung stattfindet. lativ zur Farbstoffkonzentration derart eingestellt,An optical parametric oscillator has norcoupling from the oscillator over a 38 Vo reflective uniform gain. This means animal mirrors measured at 41 kilowatts. From the fact that in continuous operation an oscillator excited by a single-frequency non-resonant signal power at about 2.08 μπι pump source tends, in a $ 5 it can be assumed that it is considerably larger axial waveform of the oscillator. Because the resonant radiation that oscillate here as sonators. A multiple oscillation idler is designated, was measured, may et, beform pump can be more convenient to counter this tendency, in such a case the designation can be used to swap suitable means for conveying signal and idler,
The phase coupling of the numerous axial oscillation forms, which would produce an output, results in a considerable improvement in the output, which consists of a train of ultrashort pulses. The embodiment according to FIG. 3 that would on. In order to promote the phase coupling is based the experiments carried out, a opti possible a intracavity modulator in the see parametric oscillator 60 in which an L-eil frequency of the oscillator resonator is used einzu- 45 non-resonant signal. Build the oscillator. To further aid the pulsing, it is desirable 60 outside the resonator of the pulsed to have a saturable dye cell 46 in the pump laser 51. tudinal and transversal oscillation form-their mode of operation can be understood as follows: stungsimpuls ruby laser 51 with plane mirrors 53 and. The modulator forces the oscillator to oscillate over 50 54. A single waveform excitation radiation of the bandwidth of the modulator, which is chosen because this produces reproducible result pulses that are about as long as nisse are ensured, while with a value the reciprocal of this bandwidth. However, multiple waveform pump sources reached irregular reelectronic circuits which could produce fantastically large results. The laser resonance bandwidth and ultrashort pulses that are desired 55 by the highly reflective plane mirror 53 are not. On the way to this, they can only pass through the partially transparent (about 70%. In order to make the impulses shorter, the non-transparent) mirror 54 is formed. The transverse vibration dye cell 46 is used as a pulse sharpening mechanism shape control narrow achieved by insertion. Alternatively, the dye can be viewed as a 2 mm bean in a 1.6 mm thick rust modulator, which has an exemplary 60 free steel plate 55, and the control of the Longi wide bandwidth. Therefore, the dye is tudmally waveform and the Q-switching is used in the same way as dyes to produce a phase coupling in Nd glass and dye (cryptocyanine in methanol), which is caused by the Q-switch 56 with bleachable, which leads to this ruby laser be used. The modulator Zweck near the adjustable laser needle 52 is simply used to ensure that «5 is placed. The excitation light source 5§ will ied the desired phase coupling takes place. adjusted relative to the dye concentration in such a way that
Im Gegensatz hierzu ist ein parametrischer Oszilla- daß ein einzelner Q-geschaltetef Ttäpiäs erjbaftenIn contrast to this, a parametric oscillator is produced by a single Q-switched f Ttäpiäs
tor. bei dem sowohl Signal als auch Idler resonant wird.goal. in which both the signal and the idler become resonant.
Der Resonator des parametrischen Oszillators wird von den Spiegeln 62 und 63 begrenzt, die für das Püinplicht hochdurchlässig und für den Idler hochreflektierend sind. Der Spiegel 63 ist für das Signal höchdurchiässig, und der Spiegel 62 kann beliebiges Reflexionsvermögen für das Signal haben, da kein Signal, das nach links läuft, erzeugt werden kann. Um die kleinen Reflexionen von den Oszillatorspie^ geln daran zu hindern, Pumpstrahlung zurück in den Pumpresonator zu liefern, wird ein optisches Ventil M zwischen die Pumpe und den Oszillator gesetzt. Dies&s könnte durch einen zwischen gekreuzten Polarisatoren angeordneten Faraday-Rotator gebildet »eifl. ßine örobabstimmung des Oszillators kann durch Dieheö des Kristalls z< B. über einen Abitiinmantrieb 64 bewerkstelligt werden, ferner durch Steuerung dessen Temperatur, durch Zuführen eines elektrischen Feldes oder durch Druck. Wie hier dargestellt, wird der Oszillator eine wirksame Quelle abstuiifflbarer Strahlungsimpulse sein. Jedoch kann durch Hinzufügen eines Dämpfungsmodulators und eines sättigbaren Farbstoffes zur Ifflpulsschärfung zu dein Oszillator-Resonator, wie dieses für die Ausführungsform nach Fig. 2 beschrieben worden ist, eine Schwingungsform-Zwangskopplung der Oszillator-Schwingungsformen erreicht werden,, und der Signalausgang wird aus einer Folge ultrakurzer Im-The resonator of the parametric oscillator is delimited by mirrors 62 and 63, which are highly permeable for the pump light and highly reflective for the idler. The mirror 63 is highly permeable to the signal, and the mirror 62 can have any reflectivity for the signal, since no signal that travels to the left can be generated. In order to prevent the small reflections from the oscillator mirrors from delivering pump radiation back into the pump resonator, an optical valve M is placed between the pump and the oscillator. This could be formed by a Faraday rotator arranged between crossed polarizers. The oscillator can be tuned by adjusting the crystal, for example by means of an exercise drive 64, by controlling its temperature, by supplying an electric field or by pressure. As shown here, the oscillator will be an effective source of variable radiation pulses. However, by adding a damping modulator and a saturable dye for Iffl pulse sharpening to your oscillator resonator, as has been described for the embodiment of FIG ultra-short im-
Offensichtlich gibt es weitere Ausfühirungsformen, mit denen der optische parametrische Oszillator mit einem nichtresonanten Signal betrieben wird. Ein Beispiel eines anderen Mittels zum Erhalt nichtreso»Obviously there are other embodiments with which the optical parametric oscillator is operated with a non-resonant signal. A Example of another means of obtaining nonreso »
im nanter Signale umfaßt die Verwendung breitbafidig relativ hoch reflektierender Spiegel zusammen mit einer signalabsorbierenden Vorrichtung 65, die im Inneren des Resonators angeordnet ist. Eine solch« Vorrichtung 65 wurde bei den der Erfindung ztl*Im nanter signals include the use of a broad spectrum relatively highly reflective mirror together with a signal absorbing device 65, which in the Is arranged inside the resonator. Such a device 65 was used in the case of the invention
gründe liegenden Versuchen nicht verwendet und ist lediglich zweckmäßig» Sie sollte hauptsächlich dann verwendet werden, wenn von der Signal* strahlung kein Gebrauch gemacht werden soll oder wenn die Vorrichtung 65 selbst eine Weiterver-reasoned attempts are not used and is only useful »It should mainly be used when the Signal * radiation is not to be used or if the device 65 itself
ao wendungsvorrichtüng ist. Auch sollte es sich vef-ao turning device is. It should also be
«■■·· stehen, daß ein Teil der resonanten Idlerstrahluag zu Weiterverwendungszwecken ausgekoppelt werden kann.«■■ ·· stand that part of the resonant idler beam can be decoupled for further use.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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DE1924122B2 DE1924122B2 (en) | 1974-03-07 |
DE1924122C3 true DE1924122C3 (en) | 1974-10-10 |
Family
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Family Applications (1)
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DE19691924122 Expired DE1924122C3 (en) | 1968-05-13 | 1969-05-12 | Optical parametric oscillator |
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Country | Link |
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DE (1) | DE1924122C3 (en) |
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1969
- 1969-05-12 DE DE19691924122 patent/DE1924122C3/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE1924122A1 (en) | 1969-11-20 |
DE1924122B2 (en) | 1974-03-07 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |