DE2245339A1

DE2245339A1 - Kristallmaterial, insbesondere fuer oszillatoren

Info

Publication number: DE2245339A1
Application number: DE2245339A
Authority: DE
Inventors: John D Feichtner; George W Roland
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1971-09-17
Filing date: 1972-09-15
Publication date: 1973-03-29
Also published as: US3792287A; FR2153084B1; JPS4850743A; JPS532571B2; FR2153084A1; GB1408048A

Description

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St, A. .

Kristallmaterial, insbesondere für Oszillatoren

Die Erfindung betrifft eine nicht-lineare, optische Verbindung, daraus hergestellte rhomboedrische Kristalle und mit diesen Kristallen aufgebaute Einrichtungen.

Man erhält eine brauchbare Beschreibung der Wechselwirkung zwischen Licht und Materie, indem man die Wechselwirkung des schwingenden elektrischen Transversalfeldes, welches einen Lichtstrahl umgibt, mit den gebundenen Ladungen (Elektronen, positiven und negativen Ionen) betrachtet, welche die Materie oder das Material bilden (vergleiche N. Bloembergen, "Nonlinear Optics", W.A. Benjamin, Inc. N.Y., 1965). Wenn Licht in einen linearen optischen Kristall eintritt, erzeugt sein elektrisches Feld E eine Polarisation in dem Kristall durch die Verschiebung der positiven Ladungen in einer Richtung und der negativen Ladungen in der entgegengesetzten Rich tung. Die gebundenen Ladungen folgen dem angelegten Feld, werden beschleunigt und bewegen sich im Synchronismus mit dem Feld und .strahlen daher Ihrerseits einen Lieh ha tr aiii aus, dessen Richtung und Frequenz dem fünfallenden Strahl ähnlich sind. Bei linearen optischem Krisballen Ist die Verschiebung der Ladungen In dßn beichm enfccjecjtm<jöijüfc25ten Richtungen das

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30 9 ö N/ 107

BAD ORIGINAL

elektrischen Feldes E gleich. Demgegenüber ist bei nicht-linearen optischen Kristallen aufgrund der Kristallstruktur die Verschiebung bei einem elektrischen Feld in der einen Richtung größer als bei einem Feld in der entgegengesetzten Richtung. Aufgrund der asymmetrischen Bewegung erzeugen die gebundenen Ladungen in nichtlinearen Kristallen ihrerseits wieder eine Welle, die nicht mit der treibenden Welle identisch ist, sondern kleine Beimischungen höherer Oberwellen der einfallenden Welle aufweist, wobei die zweite Oberwelle von besonderem Interesse ist. Der Wirkungsgrad der Umwandlung in die zweite Oberwelle hängt von der Größe des nicht-linearen optischen Aufnahmevermögens ab, welches von der Zusammensetzung des Kristalles, seiner Struktur und seinem Volumen abhängt, das als kohärenter Generator für die zweite Oberwelle wirksam ist.

Im einfachsten Fall wird dieses Volumen durch die Tatsache begrenzt, daß wegen der normalen Streuung der Beugungsindices des Materiales sich der Strahl der zweiten Oberwelle langsamer durch den Kristall ausbreitet als der Grundwellenstrahl. Daher befindet sich an einem gegebenen Punkt des Kristalles der von der Grundwelle abgeleitete Oberwellenstrahl beispielsweise im ersten Teil des Kristalles außer Phase gegenüber demjenigen Strahl , der von der Grundwelle in einem nachfolgenden Teil des Kristalles abgeleitet wird, so daß die erzeugte zweite Oberwelle durch destruktive Interferenz ausgelöscht wird. Dadurch wird das wirksame Volumen für eine kohärente Erzeugung der zweiten Oberwelle sehr begrenzt.

Bei doppelbrechenden, nicht-linearen Kristallen kann dieses Problem überwunden werden, indem die Tatsache ausgenutzt wird, daß in einem solchen Kristall verschiedene Llchtausbreitungsgeschwindicjkeiten vorliegen, weiche von der Polarisationsebene des Strahles und seiner Ausbreitung!}richtung Ln dem Kristall abhängtm. (VenjLeiche J.A. GlorclmaLn, "Mixing of Light Beams Ln Crystals¹¹, Phyu. Rev. Lütt, β, 19 (1962) und P.D. Maker, et al, "Effects of DLfjpürsLon and Focusing on the Production of Optical Harmonic:»", Phys. Rev. Lett. 8, 2L (L')(>>).) DeL.jpielsweise

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BAD ORIGtNAL

breitet sich in einem uniaxialen negativen doppelbrechenden Kristall eine besondere Welle (welche also derart polarisiert ist, daß ihr Ε-Vektor parallel zu der c-Achse des Kristalles liegt) mit größerer Geschwindigkeit als die gewöhnliche Welle aus (welche also derart polarisiert ist, daß ihr Ε-Vektor rechtwinklig zur c-Achse des Kristalles liegt). Der Unterschied in den Geschwindigkeiten nimmt zu, wenn die Ausbrextungsrichtung des besonderen Strahls von der c-Achse abgelenkt wird und erreicht ein Maximum, wenn die Ausbreitungsrichtung des besonderen Strahls zur c-Achse senkrecht steht. Wenn man von der Tatsache Gebrauch macht, daß durch die anisotropen Eigenschaften der nicht-linearen Suszeptibilität ein gewöhnlicher Grundwellenstrahl eine gewöhnliche zweite harmonische Oberschwingung erzeugt, so kann man die Geschwindigkeit des besonderen zweiten Oberwellenstrahls erhöhen, indem man seinen Ausbreitungswinkel bezüglich der c-Achse bis zu dem Winkel θ vergrößert, der als "Phasenabgleichwinkel" bekannt ist. Die Geschwindigkeit des besonderen zweiten harmonischen Strahls ist dann gleich der Geschwindigkeit der sich als gewöhnlicher Strahl ausbreitenden Grundwelle. In diesem Fall sind die Beiträge des zweiten harmonischen Strahls von der Grundwellenstrahlung in allen Teilen des Grundwellenstrahls in Phase und das Ausgangssignal der zweiten Oberschwingung und der Wirkungsgrad bei der Umwandlung sind optimal.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist vor allem, einen für optische parametrische Oszillatoren geeigneten Kristall zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß die Verbindung mit der Formel Tl₃AsSe₃ vorgesehen. Diese Verbindung kann in großen Einzelkristallen mit der gleichen Formel gezüchtet werden.

Erfindungsgemäß wird auch ein Oberwellengenerator vorgesehen, welcher einen rhomboedrisehen Kristall der Verbindung Tl₃AsSe₃ mit einer Länge von wenigstens 1 mm, eine Einrichtung zum Erzeugen eines Grundwellenstrahles aus kohärentem Licht und

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eine Einrichtung aufweist, um den Grundwellenstrahl auf eine der polierten Flächen des Kristalles in einem Winkel zur c-Achse des Kristalles zu richten, bei welchem der Strahl und die Oberwelle bezüglich der Phase abgestimmt sind, wobei der Grundwellenstrahl und die Oberwelle Wellenlängen zwischen 1,25 und 17 fm haben.

ErfindungsgemäB wird auch ein optischer parametrischer Oszillator zur Erzeugung eines Signalstrahles und eines "Leerlaufstrahles" aus einem Grundwellenstrahl vorgesehen, bei welchem die Wellenlängen der drei Strahlen zwischen 1,25yuro und 17 fm liegen und welcher einen rhomboedrischen Kristall der Verbindung Tl₃AsSe₃ mit einer Länge von wenigstens 1 mm aufweist und eine Einrichtung zum Erzeugen eines Grundwellenstrahles aus kohärentem Licht, eine. Einrichtung zur Leitung des Grundwellenstrahles auf eine der polierten Flächen des Kristalles und zwei parallele gegenüberliegende Spiegel M, und M, enthält, deren optische Achse parallel zu den Grundwellenstrahlen in dem Kristall liegt. Der Spiegel M, ist zwischen der Einrichtung zur Erzeugung des Grundwellenstrahles und dem Kristall angeordnet und ist für den Grundwellenstrahl transparent. Der Spiegel Mj ist am gegenüberliegenden Ende des Kristalls angeordnet und der eine dieser Spiegel reflektiert bei der Wellenlänge des Signalstrahles und der andere reflektiert nur teilweise bei der Wellenlänge des Signalstrahls.

Weiterhin kann erfindungsgemäB ein optischer Frequenzumsetzer vorgesehen werden, um die beiden Eingangsstrahlen des Lichtes, von denen wenigstens einer kohärent ist, in einen Signalstrahl umzusetzen, wobei die Wellenlängen der drei Strahlen zwischen 1,25 /um und 17 /um betragen. Dabei wird ein rhomboedrischer Kristall der Verbindung Tl₃AsSe₃ mit einer Länge von wenigstens 1 mm sowie eine Einrichtung vorgesehen, um die beiden Lichtstrahlen parallel zueinander an einer Fläche des Kristalles in einem Winkel zur c-Achse des Kristalles zu leiten, bei welcher diese Strahlen bezüglich der Phase abgestimmt sind.

Die Kristalle können in anderen nicht-linearen optischen Vor-

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richtungen, beispielsweise in einem Verstärker verwendet werden.

Die Verbindung gemäß der Erfindung.kann leicht in großen, optisch wertvollen Kristallen gezüchtet werden, welche in einem weiten Bereich nicht-lineare optische Eigenschaften für infrarotes Licht und einen Doppelbrechungsindex haben, welcher die Phasenabstimmung über einen weiten Bereich von Wellenlängen gestattet, der jedoch nicht so groß ist, daß er eine hohe Abweichung des Poynting-Vektors verursachen würde, d.h. also eine Divergenz des gewöhnlichen und des besonderen Strahls in dem Kristall, welche die nutzbare Länge des Kristalles begrenzt. (Vergleiche G.D. Boyd et al, "Second Harmonie Generation of Light With Double Refractor," Phys. Rev. 137, A 1305 (1965)). Der Kristall ist über einen weiten Bereich von Wellenlängen transparent und hat einen hohen Beugungsindex, der eine hohe Gütezahl ergibt, welche ein Maß für den optischen parametrischen Wirkungsgrad der Leistungsumwandlung ist. (Vergleiche S.E. Harris, "Tunable Optical Parametric Oscillators," Proc. IEEE 57, 2095 (1969)).

Ungleich vielen nicht-linearen optischen Kristallen ist der Kristall nach der Erfindung nicht temperaturempfindlich und es sind daher keine starren Temperaturregelungen erforderlich, um die Ausgangsfrequenz konstant zu halten. Auch hat der neue Kristall bei 10,6 yum keinen Absorptionsverlust wie etwa Broustit (vergleiche K.H. Hulme, 0. Jones, P.H. Davies, und M.V. Holden, "Synthetic Proustite (Ag₃AsS₃); A New Crystal for Optical Mixing", Appl. Phys. Lett. ΙΟ, 133 (1967)), und Pyrargyrit, (Ag₃SbS₃), (vergleiche W. Bardeley und 0. Jones, "On the Crystal Growth of Optical Quality Proustite and Pyrargyrite", Journal of Crystal Growth 3, 4, 268 (1968)). Der neuartige Kristall ist auch weniger bruchanfällig, und seine Oberfläche wird bei hohen Leistungsdichten weniger schnell beschädigt.

Die Verbindung Tl₃AsSe₃ kann hergestellt werden, indem in sehr reinem stöchLometrischea Verhältnis alle beteiligten Elemente zusammengemischt und in einer homogenen Masse verschmolzen werden, wo sie entsprechend zusammenschmelzen.

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Ein Kristall kann nach dem Verfahren von Stockbarger hergestellt werden, bei welchem die Verbindung in einem Quarzrohr unter Argon abgedichtet und geschmolzen wird und dann die Temperatur sehr langsam durch einen Ofen mit zwei Zonen abgesenkt wird, welcher einen hohen Temperaturgradienten am Schmelzpunkt der Verbindung von etwa 316° + 2° C. hat.

Der neuartige Kristall ist negativ uniaxial, piezoelektrisch und rhomboedrisch. Er gehört der Gruppe R3m an und seine Klasse nach Laue ist 32/ra und die von Röntgendaten abgeleitete Beugungszahl ist κ . Die Länge der a-Achse des Kristalles ist etwa

9,9 8 und die Länge der c-Achse beträgt etwa 7,13 8. Der Trans-

2 3

parenzbereich ist ungefähr 1,25 bis 17 fua. Die Gütezahl (d /n ) gegenüber Natriumdiwasserstoffphosphat beträgt etwa 6OO und der nicht-lineare optische Koeffizient d gegenüber Proüstit ist wenigstens 3. (Vergleiche S.E. Harris, "Tunable Optical Parametric Oscillators," Proc. IEEE 57, 2095 (1969)). Die folgende Tabelle gibt die gemessenen Beugungsindices des Kristalles an.

Wellenlänge Λ (/um) Toleranz in A (jum)

1,553	0,1
2,66	O,l
3,27	0,19
3,365	0,13
3,38	0,32
4,35	0,18
4,46	0,34
4,55	0,43
5,26	0,6
5,3	0,2

ⁿo	ⁿe
3,443	3,248
3,356	3,170
3,339	3,152
3,337	3,155
3,339	3,152
3,331	3,148
3,334	3,142
3,326	3,142
3,321	3,1405
3,326	3,142

Die Kristalle sollten so lang wie möglich sein, um die Ausgangsleistung heraufzusetzen, aber ein Kristall von nur 1 mm Länge kann optisch sinnvoll sein. Die Breite des Kristalles sollte wenigstens so breit nein, wie der Eingangsstrahl fokuaiert werden kann.

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Der Kristall hat vorzugsweise zwei parallele polierte Flächen von ungefähr 20° bis ungefähr 60° zu seiner c-Achse, da die nichtlineare optische Erscheinung am leichtesten beobachtet wird, wenn der Eingangsstrahl sich in dem Bereich von Winkeln bezüglich der c-Achse befindet und vorzugsweise senkrecht zu den Flächen steht, um die Ausrichtung zu erleichtern.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Oberwellengenerator;

Fig. 2 mehrere Kurvenzüge, welche die Winkel für Phasenabstimmung bei einer parametrischen Schwingung angeben, die bei verschiedenen Grundwellenlängen gepumpt wird;

Fig. 3 und 4 schematisch optische parametrische Oszillatoren,

wobei Fig. 3 eine externe Anordnung und Fig. 4 eine interne Anordnung wiedergibt; und

Fig. 5 schematisch einen optischen Umsetzer zur Frequenzerhöhung.

In dem Oberwellengenerator wird ein Strahl aus kohärentem Licht mit einer Grundwellenlägge auf den Kristall in dem bezüglich der Phase abgestimmten Winkel zur Erzeugung der gewünschten Oberwelle gerichtet. Dieser Winkel hängt von der Wellenlänge der Grundwelle ab und kann einfach experimentell bestimmt werden, indem der Kristall so lange ausgerichtet wird, bis die Oberwelle erfaßt wird. Eine meßbare Oberwellenerzeugung erfordert im^allgemeinen eine Mindestleistungsdichte der Grundwelle von

wenigstens etwa 10 W/cm . Da der Umwandlungswirkungsgrad proportional der Leistungsdichte ist, wird die Grundwelle vorzugsweise nahe dem Zentrum des Kristalles fokussiert, um den Umwandlungswirkungsgrad heraufzusetzen. Da in der Regel die ge-

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wohnliche Polarisation der Grundwelle die Oberschwingung erzeugt, wird die Grundwelle vorzugsweise durch einen gewöhnlichen Strahl gebildet. Wie bei allen optischen Vorrichtungen müssen die Eingangs- und Ausgangsstrahlen im Transparenzbereich des Kristalles liegen.

In Fig. 1 ist schematisch ein Beispiel für einen Oberwellengenerator nach der Erfindung dargestellt. Ein Laser 1 erzeugt einen kohärenten Lichtstrahl bei der Grundwellenlänge, der durch die Linse 2 im Zentrum des Kristalles 3 fokussiert wird, welcher zwei parallele Flächen 4 und 5 hat. Der Strahl ist senkrecht zur Fläche 4 gerichtet, welche derart geschnitten ist, daß ihre Oberflächennormale sich im Winkel &_m der Phasenabstimmung zur c-Achse des Kristalles befindet. Der Oberwellenstrahl verläßt die Fläche 5 mit dem Grundwellenstrahl, aber

ein Filter 7 sperrt die Grundwelle, so daß nur die Oberwelle auf dem Detektor 8 auftrifft.

Während der einzige mengenmäßig ins Gewicht fallende Ausgangsstrahl eines Oberwellengenerators die zweite Oberwelle ist, kann ein optischer parametrischer Oszillator theoretisch auch jede unterhalb der Grundwelle liegende Frequenz innerhalb des transparenten Bereiches des Kristalles erzeugen. Bei einer Ausführungsform eines optischen parametrischen Oszillators erzeugt ein kohärenter besonderer Grundwellenstrahl einen kohärenten gewöhnlichen Signalstrahl und einen kohärenten gewöhnlichen Leerlaufstrahl, und die Summe der Frequenzen

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der Signal- und Leerlaufstrahlen^gleich der Frequenz des Grundwellenstrahls. Für die Zwecke der Erfindung kann jeder der beiden Ausgangsstrahlen als "Signalstrahl" bezeichnet werden. Alle drei strahlen müssen innerhalb des Transparenzbereiches des Kristalles liegen. Der Grundwellenstrahl ist vorzugsweise ein besonderer Strahl und wird auf das Zentrum des Kristalles fokussiert, um den Umwandlungswirkungsgrad maximal zu machen.

Der Winkel des Grundwellenstrahles, welcher in dem Kristall mit der c-Achse ausgebildet wird,("phase-matching angle")be-

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stimmt die Wellenlänge der Signal- und Leerlaufstrahlen. Fig. 2 gibt die Signal- und Leerlaufweilenlängen an, die bei verschiedenen phasenmäßig abgestimmten Winkeln eines Kristalles aus Tl₃AsSe₃ durch Grundschwingungen erzeugt werden, welche Wellenlängen von 1,32 und 1,833 pn haben, welche von einem Laser mit einem mit Neodymium dotierten Yttrium-Aluminium-Granat erhalten werden können; die Grundwellenlänge 2,06 pn kann von einem SOAP-Laser (Siliziumoxydapatit) erhalten werden, der mit Holmium dotiert ist. Beispielsweise geht aus Fig. 2 hervor, daß eine Grundwelle von 1,32 pn Signal- und Leerlaufstrahlen von ungefähr 1,92 pn und 4,12 pn bei einem bezüglich der Phase abgestimmten Winkel von 50° erzeugt. Dieser Winkel kann experimentell bestimmt werden, indem der Kristall bewegt wird, bis die gewünschte Signalwellenlänge erhalten wird, das Winkel kann aber auch berechnet werden. (Vergleiche British Journal of Applied Physics, Band 16, Seiten 1135-1142 (1965).) Für eine gute Ausgangsleistung ist eine minimale Leistungsdichte von

10 W/cm vorzuziehen. Es können verschiedene bekannte optische Vorrichtungen und Regelungseinrichtungen, wie beispielsweise Verriegelungsschaltungen für die Schwingungsform sowie Phasen- und Amplitudenmodulationsschaltungen verwendet werden.

Fig. 3 erläutert einen optischen parametrischen Oszillator in einer externen Anordnung nach der Erfindung. Ein Laser'9 weist Spiegel 10 und 11 auf und erzeugt einen Grundwellenstrahl, der vorzugsweise durch eine Linse 12 in das Zentrum des Kristalles 13 fokussiert wird. An den Enden des Kristalles 13 befinden sich Spiegel 14 und 15, deren gemeinsame optische Achse parallel zum Grundwellenstrahl im Kristall liegt. Diese Spiegel sind vorzugsweise derart ausgebildet, daß der Krümmungsradius jedes Spiegels im Zentrum des gegenüberliegende» Spiegels liegt. Die Brennpunkte liegen im Zentrum des Kristalles und zwar nahe beim Kristall, um den Abstand zwischen ihnen und äem Kristall zu begrenzen, um BeugungsVerluste herabzusetzen.'Im allgemeinen genügt ein Krümmungsradius von ungefähr zwei "bis drei mal der Länge des Kristalles. Diese Spiegel können direkt auf dem Kristall angeordnet werden. Dies wird indessen sieht vorgezogen,

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weil dadurch die Abstimmbarkeit des Kristalles begrenzt wird, da eine Veränderung des Kristalles bedeuten würde, daß die Spiegelachse nicht mehr parallel zu dem eintreffenden Grund» wellenstrahl liegt. Der Spiegel 14 ist bezüglich des Grundwellenstrahles transparent und reflektiert den Signalstrahl und der Spiegel 15 ist für den Signalstrahl teilweise transparent, wobei "teilweise" bedeutet, daß ungefähr 20 bis 98% des Lichtes reflektiert und der Rest hindurchgelassen wird. Ein Spiegel mit einem Reflexionsvermögen von 95° wird am häufigsten verwendet. Spiegel 15 reflektiert vorzugsweise auch den Grundwellenstrahl, um einen "Doppeldurchgang" ("double pass") des Strahles durch den Kristall zu erzeugen. Bei einem System mit Einzelresonanz sind beide Spiegel für den Leerlaufstrahl transparent und in einem System mit Doppelresonanz reflektieren sie beide den Leerlaufstrahl. Ein Teil des in dem Kristall erzeugten Signalstrahls wird mehrfach zwischen den Spiegeln reflektiert, um eine hinreichende Gesamtverstärkung zu ergeben, um Schwellwertverluste zu vermeiden und das Signal aufzubauen. Der Rest des Signalstrahles entweicht durch den Spiegel 15 als Ausgangsignal.

Fig. 4 stellt einen optischen parametrischen Oszillator nach der Erfindung bei interner Anordnung dar, wodurch ein besserer Umwandlungswirkungsgrad als bei der externen Anordnung erreicht wird, obgleich das Ausgangsignal wegen der Wechselwirkung zwischen dem Laser und dem Oszillator schwankt, welche Erscheinung bei der externen Anordnung nicht auftritt.

Die angeregte Emission des Grundwellenstrahles tritt in dem Lasermedium 16 auf, wenn der Grundwellenstrahl zwischen den Laser-Spiegeln 17 und 18 reflektiert wird. Wenn der Grundwellenstrahl durch den Kristall 19 gelangt, werden die Signal- und Leerlaufstrahlen erzeugt und dann bei der Reflexion zwischen den Spiegeln 20 und 21 verstärkt. Diese Spiegel sind transparent für den Grundwellenstrahl. Vorzugsweise reflektiert der Spiegel 20 den Signalstrahl, während der Spiegel diesen teilweise reflektiert und der Spiegel 18 für diesen

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Strahl transparent ist. Die beiden Spiegel 18 und 21 können gewünschtenfalls zu einem einzelnen Spiegel zusammengefaßt werden, um die Verluste herabzusetzen. Bei einem System mit einfacher Resonanz sind die Spiegel 20 und 21 für den Leerlaufstrahl transparent, während sie ihn in einem System mit Doppelresonanz reflektieren.

Ein optischer Frequenzumsetzer zur Frequenzerhöhung verbindet die beiden Lichtstrahlen/ welche vorzugsweise beide kohärent sind, obwohl auch einer dieser Strahlen .nicht kohärent sein kann, zu einem Signalstrahl, dessen Frequenz gleich der Summe der Frequenzen der beiden Eingangsstrahlen ist. Es ist nützlich ,beispielsweise einen Eingangsstrahl zu erfassen, welcher anderenfalls eine zu niedrige Frequenz hätte, um festgestellt zu werden. Die drei Strahlen sind phasenmäßig abgestimmt, um einen maximalen Wirkungsgrad der Umsetzung zu erreichen, und liegen im Transparenzbereich des Kristalles. Die Eingangsstrahlen werden vorzugsweise auf das Zentrum des„Kristalles fokussiert und polarisiert und haben eine Leistungsdichte von jeweils

wenigstens 10 W/cm .

In Fig. 5 ist ein optischer Frequenzumsetzer zur Erhöhung der Frequenz dargestellt. Das Licht von zwei Lichtquellen 22 und 23, von denen wenigstens eine kohärentes Licht abgibt, wird durch den Spiegel 24 zu einem einzigen Strahl zusammengefaßt, der auf den Kristall 25 gerichtet ist. Das Filter 26 sperrt die Anteile der beiden Eingangsstrahlen, welche aus dem Kristall kommen, und läßt den Signalstrahl in den Detektor 27 eintreten.

Im folgenden wird die Erfindung an einem Beispiel erläutert: Beispiel

Die Elemente Thallium, Arsen und Selen werden sorgfältig in Mengen von 9,9435 g (3 Äquivalente), 1,2150 g (1 Äquivalent), und 3,8415 g (3 Äquivalente) abgewogen und unter Vakuum in einem Quarzrohr abgeschlossen. Das Rohr wird während mehrerer Stunden

auf 600° C aufgeheizt, um eine homogene Flüssigkeit zu erhalten. Diese wird dann auf Raumtemperatur abgekühlt« und die sich dabei bildenden Körner aus Tl₃AsSe₃ werden in ein Quarzrohr eingesetzt _r welches einen Durchmesser von etwa 12 mm, eine Länge von etwa 360 mm und einen Halsabschnitt von etwa 2 mm Durchmesser und etwa 25 mm Abstand vom Boden hat. Das Rohr wird dann unter 0,8 at Druck bei reinem Argongas abgedichtet und gelangt durch einen Ofen mit zwei Zonen, dessen Temperaturabstufung 8 bis 15° C/mm bei den Kristallisationspunkten (ungefähr 316° C + 2° C) bei einer Geschwindigkeit von etwa 10 bis 15 mm/Tag beträgt. Nach mehreren Tagen wird das Rohr aus dem Ofen entfernt, auf Raumtemperatur abgekühlt und zerbrochen. Der Kristall, weicher oberhalb des Halses des Rohrs gewachsen ist, wird grob poliert, durch Röntgenstrahlenbeugung ausgerichtet, in einem Winkel von 22° zu seiner c-Achse an jedem Ende geschnitten und dann fein nachpoliert. Der endgültige zylindrische Kristall hat etwa 3 cm Länge und 8 cm Durchmesser.

Es wurde ein Oberwellengenerator gemäß Fig. 1 hergestellt. Der Laser hatte eine herkömmliche Füllung aus CO, mit einem Entladungsrohr von 1 m, dessen Enden im Brewster-Winkel geschnitten, mit Natriumchlorid beschichtet und derart ausgerichtet waren, daß nur die gewöhnliche Polarisationsebene bezüglich des Kristalles entstand. Eine strömende Mischung aus Stickstoff, Helium und Kohlendioxid wurde im Verhältnis von 8:1:1 bei einem Druck von 15 Torr verwendet. Die Gasmischung wurde durch eine Entladung bei 10 kV und 15 mA erregt. Der Laser wurde im Q-Verfahren mit einem mit Gold plattierten nicht-rostenden Spiegel geschaltet, der mit 400 Umdrehungen/s gedreht wurde, um 400 Ausgangslmpulse/s abzugehen. Dor Spiegel am Ausgangsende des Laser-Hohlraumes hatte ein Re11exlonsveimögen von 90°, bestand aus Germanium und war mit. einem dielektrischen Film beschichtet. Der Laser gab einen Strahl mit. einer Wellenlänge von 10,6 fm und einer Durchschnittsleistung von ungefähr 100 mW sowie Impulse mit einer Spitzenleistung von 1 kW und einer Pulsbreite von 400 ns ab. Der vorbeschriebene Kristall wurde in eine Kardanhaiterung eingesetzt.

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und der Laserstrahl wurde auf das Zentrum des Kristalles durch eine Germaniumlinse mit einer Brennweite von 5 cm fokussiert. Das aus dem Kristall stammende Licht wurde durch ein Saphir-Filter mit einem Durchmesser von 25,4 mm und einer Stärke von 3 mm hindurchgeschickt, um den Grundwellenstrahl von 10,6 /Um zu sperren. Der verbleibende Strahl der zweiten Oberwelle mit 5,3 ^urn trat in einen mit Gold dotierten Germaniumdetektor ein, welcher mit flüssigem Stickstoff gekühlt wurde und ein auf einem Oszillographen dargestelltes Signal erzeugte. Der Kristall wurde bewegt, bis das Signal auf dem Oszillographen einen Maximalwert erreichte, was bei einem bezüglich der Phase abgestimmten Winkel von 22* + 2° bezogen auf die c-Achse erfolgt.

Die zweite Oberwelle hatte eine Spitzenleistung von etwa 1 W bei einem Umformungswirkungsgrad von etwa 0,1 %.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche:

1. Verbindung, gekennzeichnet durch die Formel Tl₃AsSe₃.

2. Verbindung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Form eines rhomboedrischen Kristalles.

3. Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall wenigstens 1 mm lang ist.

4. Verbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall zwei polierte parallele Flächen in einem Winkel von 20° bis 60° zu seiner c-Achse aufweist.

5. Oberwellengenerator, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Kristall nach Anspruch 3 aufweist, eine Einrichtung einen Grundwellenstrahl aus kohärentem Licht erzeugt und eine Einrichtung den Grundwellenstrahl auf eine der polierten Flächen des Kristalles in dem Winkel zur c-Achse des Kristalles richtet, bei welchem der Strahl und diese Oberwelle phasenmäßig abgestimmt sind und der Grundwellenstrahl und die Oberwelle Wellenlängen zwischen 1,25 und 17 Juan haben.

6. Optischer parametrischer Oszillator zum Erzeugen eines Signalstrahls und eines Leerlaufstrahls aus einem Grundwellenstrahl, bei welchem die Wellenlängen aller drei Strahlen zwischen 1,25 yum und 17 /im liegen, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Kristall nach Anspruch 3 aufweist, eine Einrichtung einen Grundwellenstrahl aus kohärentem Licht erzeugt, eine Einrichtung den Grundwellenstrahl auf eine der polierten Flächen des Kristalles richtet und zwei parallele gegenüberliegende Spiegel M.

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und M₂ vorgesehen sind, deren optische Achse parallel zu dem Grundwellenstrahl in dem Kristall ist, wobei der Spiegel M, zwischen der Einrichtung zum Erzeugen des Grundwellenstrahls und dem Kristall angeordnet ist und für den Grundwellenstrahl transparent ist und der Spiegel M₂ an dem gegenüberliegenden Ende des Kristalles angeordnet ist und einer der Spiegel bei der Wellenlänge des Signalstrahls reflektiert und der andere Spiegel bei der Wellenlänge des Signalstrahls teilweise reflektiert.

7. Oszillator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen des Grundwellenstrahls aus kohärentem Licht ein Laser mit einem Lasermaterial ist, eine Einrichtung das Lasermaterial erregt, und die beiden parallelen Spiegel m, und Ia₂ sich an gegenüberliegenden Enden des Materlales befinden und der Spiegel m^ bei der Wellenlänge des Grundwellenstrahls¹ reflektiert und der Spiegel nu wenigstens teilweise bei der Wellenlänge des Grundwellenstrahls reflektiert.

8. Oszillator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel m, bei der Wellenlänge des Grundwellenstrahls teilweise reflektiert, wodurch ein Teil des Grundwellenstrahls durch den Spiegel m₂ zu dem Kristall gelangen kann.

9. Oszillator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel M₁, der Kristall und der Spiegel M₂ zwischen dem Lasermaterial und dem Spiegel nu angeordnet sind und der Spiegel m₂ bei der Wellenlänge des Giundwellenstrahls reflektiert und bei der Wellenlänge des Signals!rabies tail' weise reflektiert.

10. Optischer Frequenzumsetzer zur Frequenzerhöhung durch Vereinigung der beiden Eingangslichtstiahlen, von denen wenigstens einer kohärent ist, zu einem Signalstrahl, wobei die Wellenlängen der drei Strahlen zwischen 1,25 /um und

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17 /am liegen, dadurch gekennzeichnet, dafi ein Kristall nach Anspruch 3 vorgesehen ist und eine Einrichtung die beiden Lichtstrahlen parallel zueinander auf eine Fläche des Kristalles in einem Winkel zur c-Achse des Kristalles richtet, bei welchem die Strahlen phasennfteig abgestimmt sind.

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