DE2123146A1 - Anordnung zur Verminderung der Pumpenergie (Schwellenenergie) bei optischen parametrischen Oszillatoren - Google Patents

Description

Den 21. 12. 1970

Anordnung zur Verminderung der Pumpenergie (Schwellenenergie) bei optischen parametrischen Oszillatoren

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verminderung der notwendigen Pumpenergie (Schwellenenergie) bei optischen parametrischen Oszillatoren.

Der optische parametrische Oszillator hat sich als eine Lichtquelle mit abstimmbarer Frequenz als sehr erfolgversprechend erwiesen. Allerdings wirkt sich bei kontinuierlichem Betrieb die relativ hohe notwendige Pumpleistung nachteilig aus. Es ist deshalb wünschenswert, die Schwellenenergie herabzusetzen. Die bisher bekannten Anordnungen zur Erzeugung von parametrischer Oszillation im optischen Bereich weisen verschiedene Resonatoranordnungen für Signal- und Idlerwelle auf, während die Pumpstrahlung den als nichtlineares Element verwendeten Kristall im allgemeinen als laufende Welle durchsetzt.

Mit einer derartigen Anordnung läßt sich zwar bei genügend hoher Pumpleistung ein sehr guter Wirkungsgrad erreichen - der theoretisch mögliche maximale Wert beträgt 100% bei einer Pumpenergie, welche viermal größer ist als der Schwellenwert-, jedoch liegt die Schwelle selbst schon relativ hoch.

In der vorbeschriebenen Weise werden in den meisten Fällen die heute üblichen optischen parametrischen Oszillatoren betrieben.

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Zweck der Erfindung ist es, den Bau optischer parametrischer Oszillatoren mit niedrigerer Pumpenergie zu ermöglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen parametrischen Oszillator derart auszubilden, daß die Pumpwelle nach einem ersten Durchlauf durch den Kristall zu einer v/eiteren Verstärkung der Signal- und Idlerwelle ausgenutzt wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem optischen parametrischen Oszillator auf einem der Resonatorspiegel für sowohl Signal- als auch Idler-Welle eine die Pumpwelle reflektierende Schicht angebracht und vor dieser Schicht ein X/.-Plättchen angeordnet ist, oder parallel zu dem genannten Resonatorspiegel im Abstand 71/* +21 Ii12 von diesem ein Spiegel für die Pumpwelle aufgestellt ist, wobei Λ die Wellenlänge des Pumplichtes und η eine positive ganze Zahl darstellen. Das Ji. /.-Plättchen bewirkt eine Änderung der Phasen.-,,

differenz &ψ = fy(.f\ +Φέ)* ^worin ψ\ t Φ2⁹ fv ^die Phase der Signal-, Idler- und Pumpwelle darstellen, um + f/2» beispielsweise dadurch, daß die Pumpwelle als außerordentliche, die Signal- und Idlerwelle dagegen als ordentliche Wellen das A/.-Plättchen durchlaufen.

Eine noch stärkere Senkung der Schwellenenergie für die Pumpstr^hlung, die allerdings mit einer Verminderung des maximal erzielbaren Wirkungsgrades gegenüber der vorbeschrie-

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benen Anordnung verbunden ist, läßt sich nach, dem gleichen Lösungsprinzip unter Verwendung eines Resonators vom Fabry-Perot-Typ für die Pumpstrahlung erreichen.

Eine derartige Anordnung kann in der Weise ausgebildet sein, daß sich der Resonator für die Pumpstrahlung am Ort des Resonators für sowohl Signal- als auch Idler-Welle befindet und vor jedem der Resonatorspiegel ein λ /.-Plättchen angeordnet ist.

Eine alternative Lösung ist dadurch gegeben, daß die Resonatorspiegel für die Pumpwelle gegenüber den Resonatorspiegeln für sowohl Signal- als auch Idler-Y/elle jeweils um den Abstand λ./, + η /l/p parallel verschoben sind, wobei η eine beliebige ganze Zahl darstellt.

Durch die erfindungsgemäß ausgebildeten Anordnungen wird die Pumpstrahlung veranlaßt, das nichtlineare Element des Oszillators zwei- bzw. mehrfach zu durchdringen. Die vorgeschlagenen Maßnahmen bewirken, daß sich auch beim Rücklauf der Pumpwelle eine solche Phasenbeziehung Δ (O zwischen den drei Wellen ausbildet, daß die Signal- und mit ihr die Idler-Welle weiter verstärkt wird» Dabei wird vorausgesetzt, daß die Phase -aiatching-Bedingung {4SI ^* ^ + ^g₂ ^m^ *& ^als Wellenzahlvektor der Welle j » 1, 2, 3) erfüllt ist.

Eine Anordnung nach der Erfindung gestattet, kontinuierlich laufende optische parametrische Oszillatoren mit relativ kleiner Pumpleistung zu "betreiben.

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Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung sind erfindungsgemäß ausgebildete optische parametrische Oszillatoren schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung mit reflektierender Schicht für die Pumpwelle auf einem der Resonatorspiegel des Oszillators und vorgeschaltetem AA-Plättchen,

Fig. 2 eine Anordnung mit parallel zu einem der " Resonatorspiegel des Oszillators angeordnetem

Spiegel für'die Pumpwelle,

Fig. 3 einen Oszillator mit Resonator für die Pumpwelle am Ort des Resonators für Signal- und Idler-Welle und 'jeweils vorgeschaltetem Λ A-Plättchen, Fig. 4 einen Oszillator mit Resonator für die Pumpwelle, parallel verschoben zum Resonator für Signal- und Idler-Welle.

Bei dem in Fig. 1 achematisch dargestellten optischen parametrischen Oszillator sind an den Stirnseiten des als aktives Medium verwendeten Kristalls 1 die Resonatorspiegel 2 für Signal- und Idler-Welle 7 und 3 für Signal-, Idler- und Pumpwelle angeordnet. Auf dem Resonatorspiegel 3 ist "eine die Pumpwelle 4 reflektierende Schicht 40 angebracht," vor der sich ein A/.-Plättchen 5 befindet. Die durch den Resonatorspiegel 2 tretende und den Kristall 1 durchdringende Pumpwelle 4 wird am Resonatorspiegel 3

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reflektiert, so daß sie den Kristall 1 zweimal durchläuft. Durch das λ,Λ-Plattchen 5 ist. dafür gesorgt, daß sich beim Rücklauf der Pumpwelle 4 eine solche Phasenbeziehung zwischen den drei Wellen einstellt, daß Signal- und Idlerwelle verstärkt werden.

In Pig. 2 ist parallel zu einem der Resonatorspiegel 2; 3 des Oszillators im Abstand λ/. + η Λ/₂ der Spiegel 6 für die Pumpwelle 4 angeordnet. Infolge dieser Maßnahme durchläuft auch hier die Pumpwelle 4 zweimal den Kristall 1.

Die in Fig. 3 und 4 gezeigten optischen parametrischen Oszillatoren sind erfindungsgemäß mit einem zusätzlichen Resonator vom Fabry-Perot-Typ für die Pumpstrahlung ausgerüstet.

In'Fig, 3 befindet sich dieser Resonator am Ort des Resonators für sowohl Signal- als auch Idlerwelle, d. h., die beiden an den Stirnseiten des Kristalls 1 angeordneten Resonatorspiegel 2; 3 sind für alle drei Wellen bestimmt. Vor jedem der Resonatorspiegel 2; 3 ist ein λ-Α-Plättchen 5 angebracht. Die Pumpwelle 4 durchläuft mehrmals den Kristall 1 und bewirkt eine Verstärkung der Signal- und Idler-Welle

In Fig. 4 sind die Resonatorspiegel 8; 9 des Resonators für die Pumpwelle 4 gegenüber den Resonatorspiegeln 2; 3 an den Stirnseiten des Kristalls 1 jeweils um den Abstand +η A/₂ parallel verschoben. Dabei müssen diese Ab-

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stände nicht zwangsläufig gleich sein, da η eine beliebige ganze Zahl sein kann. Auch bei dieser Lösung wird der Kristall 1 mehrfach von der Pumpwelle 4 durchsetzt, die so zur Verstärkung beiträgt.

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Claims (2)

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   - 7 Patentansprüche

   <Γ 1.)Anordnung zur Verminderung der Pumpenergie bei optischen parametrischen Oszillatoren, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem der Resonatorspiegel für sowohl Signal- als auch Idler-Welle eine die Pumpwelle reflektierende Schicht angebracht und vor dieser ^schicht ein X/.-Plättchen angeordnet ist, oder parallel zu dem genannten Resonatorspiegel im Abstand Jt/λ ^{+ n} λ/ρ ^von diesem ^eiⁿ Spiegel für die Pumpwelle aufgestellt ist.
2. 2. Anordnung zur Verminderung der Pumpenergie bei optischen parametrischen Oszillatoren, gekennzeichnet, durch einen Resonator vom Fabry-Perot-Typ für die Pumpstrahlung, der sich entweder am Ort des Resonators für sowohl Signalais auch Idler^tÄlle befindet und vor jedem der Resonatorspiegel ein X/.-Plättchen aufweist oder bei dem die Resonatorspiegel für die, Pumpwelle gegenüber den Resonatorspiegeln für sowohl Signal- als auch Idler-Welle jeweils um den Abstand X/. + n X/p parallel verschoben sind.

   Hsch/Pi

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   L e e r s e i f e