DE2363065C2

DE2363065C2 - Anordnung zur Erzeugung einer im Infrarot- oder Ultraviolettbereich liegenden abstimmbaren Strahlung

Info

Publication number: DE2363065C2
Application number: DE2363065A
Authority: DE
Inventors: Rodney Trevor Somers N.Y. Hodgoson; John Robert Mahopac N.Y. Lankard; Peter Pitinovich White Plains N.Y. Sorokin; James Jeffrey Montrose N.Y. Wynne
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1973-03-21
Filing date: 1973-12-19
Publication date: 1984-02-23
Also published as: CA1016639A; GB1421607A; FR2222772B1; IT999372B; US3816754A; FR2222772A1; JPS5010094A; DE2363065A1; JPS5127991B2

Description

und daß die Disoersion des nichtlinearen Mediums bei den betrachteten Frequenzen Tg. f_r, fr., fs so verläuft, daß der für die Kohärenzlänge maßgebende Ausdruck (Gleichung 1:3)

An_R

An_s Atip _ A:i_L
As λρ Al

An_R

Ans Auf

A ηι

35

40

dem Wert Null möglichst nahe kommt, wobei Ληί=ρί-\ und ni der Brechungsindex bei der betrachteten Frequenz /bzw. Wellenlänge λ; ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem nichtlinearen Medium zur Vergrößerung der Kohärenzlänge (Phasenanpassung) weitere nichtlineare Medien zugesetzt sind.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtlineare Medium eine Symmetrie mit Inversionszentrum aufweist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet AM da«; nirhilineare Medium aus einem Gas bejteht.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtlineare Medium aus einem Alkalimetalldampf besteht, beispielsweise Kaliumdampf, Natriumdampf, Rubidiumdampf, Cäsiumdampf oder Lithiumdampf.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtlineare Medium aus einer Mischung mehrerer Alkalimetalldämpfe besteht.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkalimetalldampf in einer heizbaren, mit optischen Fenstern (16, 22) versehenen Kammer (18) untergebracht ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung infraroter abstimmbarer Strahlung das nichtlineare Medium Rubidiumdampf mit einem Dampfdruck im Bereich von 2 bis 20 Torr ist und daß zur Anregung stimulierter Ramanstreuung zum Energieniveau 6s des Rubidiumatoms die Frequenz ft des ersten Lasers ungefähr gleich dem Abstand der Energieniveaus 5s—6p gewählt ist

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung infraroter abstimmbarer Strahlung das nichtlineare Medium Kaliumdampf mit eirr;m Dampfdruck im Bereich von 2 bis 20 Torr ist und daß zur Anregung btimulierter Ramanstreuung zum Energieniveau 5s des Kaliumatoms die Frequenz // des ersten Lasers ungefähr gleich dem Abstand der Energieniveaus 4s—5p gewählt ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden abstimmbaren Laser (2, 4) Farbstofflaser sind und eine gemeinsame optische Pumpeinrichtung (6) aufweisen.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Pumpeinrichtung ein Stickstoffiaser ist.

12. Anordnung nach c:nem der Ansprüche I bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der stimulierten Ramanstreuung abstimmbar ist.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung einer Strahlung mit veränderbarer Frequenz nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Infrarotquellen werden auf den verschiedensten Gebieten, beispielsweise auf den Gebieten der Spektroskopie, der Nachrichtenübertragung, der gesteuerten örtlichen Erwärmung, und der Medizin verwendet. Die meisten bekannten Strahlungsquellen, insbesondere die zur Erzeugung kohärenter Strahlung verwendeten Laser, erzeugen jeweils nur Strahlungen einer bestimmten Wellenlänge. Die wenigen bekannten abstimmbaren StrahlungsqueTlen der genannten Art weisen jedoch nur beschränkte Abstimmungsbereiche und Leistungen auf. Außerdem ist ihre Zuverlässigkeit und Lebensdauer gering. Es sind zwar aus Bleichalcogeniden bestehende Halbleiterlaser bekannt, die innerhalb eines bestimmter/ Bereichs abgestimmt d. h. in ihrer Frequenz verändert werden können. Da ihre Arbeitstemperatur aber bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffs liegt, sind die Anwendungsmöglichkeiten dieser Vorrichtungen sehr beschränkt. Ein weiterer Nachteil dieser Laser liegt ferner darin, daß die Abstimmung durch eine Änderung der Zusammensetzung der sie bildenden Substanzen erfolgt.

Ein anderer bekannter Laser mit veränderbarer Wellenlänge ist der im englischsprachigen Schrifttum als Spin-FJip-Raman-Laser bekannte Laser, bei dem ein von einem Magnetfeld durchsetzter Halbleiterkörper bei tiefen Temperaturen der im lO^m-Bereich liegenden Strahlung eines CCh-Lasers ausgesetzt wird. Durch Änderung des magnetischen Feldes kann die Wellenlän* ge dieses Raman-Lasers im Bereich zwischen 11 und 13μΐτΐ verändert werden. Bei Verwendung eines CO-Lasers kann die Wellenlänge in der Umgebung von 6 μιη in engen Grenzen verändert werden. Es sind auch

Vorrichtungen bekannt, die aus einem Farbstofflaser und einem Rubinlaser bestehen, deren Strahlungen auf einen LiNbO₃-KristaIl fallen. Durch ein Mischen der Differenzfrequenzen kann, wie beispielsweise in der US-Patentschrift 36 65 338 beschrieben, die Wellenlänge im Bereich zwischen 3 und 4,5 μπι verändert werden. Die bekannten Infrarotstrahler erzeugen somit entweder keine kohärente Strahlung oder erlauben im Faile kohärenter Strahlung nur geringfügige Veränderungen der Wellenlängen der erzeugten Strahlung. Es ist auch eine Anordnung zur Erzeugung einer UV-Strahlung bekannt die aus einem abstimmbaren farbstofflaser und einem nichtlinearen und nichtzentrijch^p Kristal! besteht, der die zweite harmonische der Färb. if"i?serfrequenzen erzeugt Mit dieser A^op-rain;" können jedoch nur Strahlungen mit Weiienlo^t"- in der Umgebung von 2500 Ä erzeugt weH-n, Die zum Mischen von Differenzfrequenzen ii .' .and der Technik vorgeschlagenen Materialien · -id außerdem auf Stoffe mit azentrischer Symmetrie £«:=, h inkt

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine Anordnung zur Erzeugung einer im Infrarot- oaer Ultraviolettbereich liegenden abstimmbaren Str.hlung anzugeben, mit dem bei geringem technischem Aufwand eine Strahlung hoher Intensität und Konstanz mit in weiten Grenzen veränderbarer Wellenlänge erzeugt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichnete Erfindung gelöst Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Eine besonders vorteilhafte Ausfü! -ungsform der Erfindung besteht aus zwei Farbstofflasern mit veränderbarer Frequenz, von denen der erste eine erste Pumpfrequenz 4 und der zweite eine zweite Frequenz //> erzeugt Die Frequenzen 4 und //»werden mit Hilfe von Prismen oder Spiegeln zu einem kolinearen Strahl zusammengefaßt und mittels einer Linse in eine in einem Ofen untergebrachte röhrenförmige Kammer fokussiert, die einen Alkalimetalldampf enthält Die Pumpfrequenz 4 erzeugt im dampfförmigen Medium durch einen elektronisch stimulierten Raman-Effekt eine dritte Frequenz Λ,. Die Frequenz fp wird mit den Frequenzen fs und ft. gemischt, um eine Frequenz f_R zu erzeugen, wobei

Da f_L—fs eine Konstante K darstellt kann die erzeugte Frequenz durch die Beziehung 4>=/v + //> definiert wurden. Da die Differenz K - />ohne weiteres sehr klein gemacht werden kann, ist es auch möglich, den Abstimmbereich der Vorrichtung bis in den fernen Infrarotbereich zu erstrecken. Die Summe K + fp bewirkt daß aer Abstimmbereich bis ins Ultraviolett reicht

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anschließend anhand der Figuren erläutert ts zeigt

F i g. 1 die schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

F i g. 2 ein Energieniveauschema zur Veranschaulichung eines parametrischen Vierwellenmischprozesses zur Erzeugung einer abstimmbaren, im Infrarotbereich liegenden Strahlung mit Hilfe einer Rubidiumdampfzelle,

Fig.3 ein Energieniveauschema zur Veranschaulichung eines parametnschen Vierwellenmischprozesses zur Erzeugung einer abstimmbaren, im Infrarotbereich liegenden Strahlung mktels einer Kaliumdampfzelle,

Fig.4 die schematische Darstellung der Intensitätsänderung einer stimulierten Raman-Stokes-Emksion im Falle von Kaliumdampf als Funktion der Pumpfrequenz für zwei verschiedene Drücke des Kaliun. "ampfes,
Fig.5 ein Energieniveauschema zur Veranschaulichung eines parametrischen Vierwellenmischprozesses zur Erzeugung einer abstimmbaren, im Ultraviolettbereich liegenden Strahlung mit Hilfe einer Rubidiumdampfzeile.

Die in F i g. 1 dargestellte, zur Veranschaulichung der

ίο erfindungsgemäßen Anordnung dienende Vorrichtung enthält zwei abstimmbare Farbstofflaser 2 und 4, die durch einen gemeinsamen dritten Laser 6 gepumpt werden. Das Pumpen der beiden Farbstofflaser 2 und 4 kann beispielsweise durch einen Stickstofflaser oder durch Blitzlampen erfolgen. Im zuletzt genannten Fall muß jedoch für eine Synchronisation der Ausgangsstrahlungen der beiden Laser Sorge getragen werden. Die Frequenz der vom Laser 2 erzeugten Strahlung wird im folgenden als Pumpfrequenz 4 und die Frequenz der vom Laser 4 erzeugten Strahlung mit fp bezeichnet Ferner sind Spiegel 8 und ?0 vorgesehen, die die beiden, die Frequenzen 4 und ;<- enthaltenden Strahlen zu einem kollinearen Strahl 12 zusammenfassen. Dieser Strahl wird durch eine Linse 14 in eine einen Alkalimetalldampf enthaltende röhrenförmige Kammer

18 eines Ofens 19 fokussiert. Als besonders geeignet haben sich Lithium-, Natrium-, Kalium-, Cäsium- und Rubidium-Dämpfe erwiesen. Für jedes Alkalimetall sind bestimmte Farbstofflösungen für die Laser 2 und 4

jo erforderlich. Die Kammer 18 ist auf der den Lasern 2 und 4 zugekehrten Seite durch ein Fenster 16 verschlossen, das für die Frequenzen 4 und fp durchlässig ist, während die gegenüberliegende Seite der Kammer 18 durch ein Filter 22 verschlossen ist das für Strahlungen im Bereich von 2 bis 200 μ oder für Strahlungen im ultravioletten Bereich durchlässig ist. Die Kammer 18 wird durch den sie umgebenden Ofen

19 auf einer Temperatur gehalten, bei der der Druck des Alkalimetalldampfes einige Torr beträgt.

Für eine Beschreibung der Funktion der in F i g. 1 darstellten Vorrichtung wird auf Fig.2 bezug genommen. Die Alkalimetalldampffüllung 20 der Kammer 18 besteht aus Rubidiumdampf. Um den für Rubidiumdampf erforderlichen Druck von 2 bis 20 Torr zu erhalten, wird die Kammer to auf eiiic Temperatur von 400 bis 500⁰C erwärmt. Das Energieniveauschema für Rubidium ist in F i g. 2 wiedergegeben. Die Resonanziinien 5s—6p treten bei 4202 und 4216 Ä auf, was einer Differenz von 78 cm' entspricht. Die Frequenz des durch einen Stickstofflaser gepumpten Firbstoffiasers 2 wird durch ein Beugungsgitter oder ein anderes an sich bekanntes frequenzbestimmendes, nicht dargestelltes Mittel auf eine Frequenz eingestellt die in der Nähe der Frequenz der Resonanzlinien 6_nn und 6p,,2 liegt Der Farbstofflaser 2 kann beispielsweise eine Toiuoiiösung mil zweiwertigem FviSS einhüllen Gleichzeitig wird der Farbstofflaser 4 durch den gleichen Stickstofflaser 6 gepumpt und erzeugt einen Strahl mit der Frequenz fp. Ce durch die beiden Laser 2 und 4 erzeugten Strahlen werden, wie oben angegeben, zu einem kollinearen Strahl 12 zusammengefaßt und der Rubidiumdampf enthaltenden Kammer 18 zugeführt. Ist die Intensität des die Frequenz 4 aufweisenden Strahles groß genug, so tritt stimulierte Raman-Streuung (SRS)

es im Rubidiumdampf 20 auf, wodurch ein Strahl mit einer Frequenz fs erzeugt w5?d. Der Schwellwert für das Auftreten des SRS-Prozesses wird durch die Nähe der Resonanz von 4 mit den 6_P Zuständen wesentlich

herabgesetzt. Dieser Vorteil kann dadurch erreicht werdeil, daß die Frequenz der Strahlung des Lasers 2 in der Nähe dieser Zustände eingestellt wird. Die stimulierte Raman-Streuung tritt für den 65-Zustand mit /50 3660Cm-' und As« 2,73 μπτ auf.

Die drei Wellen mit den Frequenzen fu fs und f_P erzeugen eine nichtlineare Polarisation im Bereich einer vierten Frequenz fa und bewirken die Erzeugung eines diese Frequenz aufweisenden Strahles. Da /λ=£(6^/ Λ—/Κ wobei £(6,)sder Energiedifferenz zwischen dem Zustand 6, und dem Grundzustand 5, und h die Planckscbe Konstante ist. und fp bei einer bestimmten Farblösung im Farbstofflaser 4 innerhalb eines Bereiches von 1500 cm-¹ eingestellt werden kann, kann die Frequenz der erzeugten vierten Welle im infraroten Gebiet innerhalb eines Bereiches von 1500 cm-' abgestimmt werden. So kann beispielsweise mit einer einzigen Farblösung im Laser 4 eine innerhalb des Bereiches von 25 μπι (4000 cm -') bis 4 μπι (2500 cm -') einstellbare Strahlung erzeugt werden. Durch Verwen dung anderer Farbstoffe im Laser 4 können beliebige andere, e'.wa den gleichen Umfang aufweisende Bereiche im Infrarotgebiet erzielt werden.

Der hohe Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Anordnung wird auch durch den durch Resonanz erhöhten nichtlinearen Koeffizienten der dritten Ordnung X bestimmt Der Ausdruck für X enthält frequenzabhängige Resonanz-Nenner, die aus Faktoren mit Realteilen

bestehen, wobei f_b,= BJa₅)Zh und f_6p=E{6_F)Zfi ist Der erste dieser Ausdrücke ist angenähert gleich Null, während der zweite identisch Null ist, so daß eine große Resonanzverstärkung von X auftritt

Eine weitere Ursache für den guten Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Anordnung liegt in der großen Kohärenzlänge Lc (für die Phasenanpassung der Wellen), die durch die Beziehung

1

2 (^Λη* + ^A"^s + ^Α"^ρ -

V 2 1 J

^λλ ^Λ5 ^ΛΡ

(D

gegeben ist. wobei Δη,= π,— 1. und π, der Berechnungsindex bei der Wellenlänge λ, ist. Die parametrisch erzeugte Leistung bei fa wird um den Faktor L/L)² vom theoretischen Maximum herabgesetzt das durch die Beziehung

bestimmt wird, wobei K. eine Konstante. L die Länge der Dampffüllung 20 in der Kammer 18 und X" der Ausdruck für die Nichtlinearität dritter Ordnung dieses Dampfes ist Es gibt mindestens zwei Möglichkeiten, Lc auf einen Maximalwert zu bringen. Das kann beispielsweise durch eine geeignete Einstellung der Frequenz 4 erfolgen. Der Nenner des Ausdruckes der Gleichung (1) kann durch Einstellung der Frequenz 4 gleich Null gemacht werden. Ein signifikanter Beitrag zu Aul erfolgt durch die öp-ResonanzIinien als Ergebnis ihrer Nähe zu 4. Auf diese Weise kann durch Änderung von 4 der Ausdruck AnL geändert werden, um den Nenner gleich Null zu machen. Dies ist ein bekanntes Verfahren zur Phasenabstimmung-

Der Wert L_c kann auch dadurch vergrößert werden, daß dem in der Kammer 18 befindlichen Medium aus anderen Alkalimetalldämpfen bestehende Zusätze (Natrium, Kalium, Cäsium) beigegeben werden. Durch S derartige Zusätze wird der Brechungsindex für die vier Frequenzen im wesentlichen aufgrund der beiden Hauptresonanzlinien des Dampfes (5896 Λ und 5890 Λ Linien bei Natrium) beeinflußt Auf diese Weise kann die Anordnung »vorgespannt« werden, so daß eine

to Phasenabstimmurig mit einer Einstellung von f_L im Bereich hoher Raman-Kräfte (siehe Fig.3) erfolgen kann. Um fa in verschiedenen Bereichen des Infrarotgebietes zu erzeugen, kann die »Vorspannung« geändert und fr in seiner optimalen Lage für die Raman-Emission gehalten werden. In einem konzentrischen Wärmerohofen können beliebige Mischungen von zwei Alkalimetalldämpfen untergebraehl werden.

Wie schon oben näher beschrieben, wird die Frequenz fa der im nichtlinearen Medium 20 erzeugten Strahlung durch die veränderbare Frequenz fp des im Laser 4 erzeugten Strahls bestimmt, während die Amplitude des erzeugten Strahls durch die Frequenz //. des Lasers 2. durch die veränderbare Zusammensetzung des Dampfgemisches oder durch beides bestimmt wird, und zwar durch eine maximale Einstellung der Kohärenzlänge L_c für eine bestimmte Frequenzeinstellung fp. Tritt eine Änderung der Kohärenzlänge während der üauer eines Laserimpulses dadurch auf. daß der 6s-Zustand in der Kammer signifikant besetzt wird, so kann /}. auf empirische Weise eingestellt werden um zum Zeitpunkt des Auftretens der impulsspitze eine maximale Kohärenzlänge zu erhalten.

in F i g. 3 werden die Zustände veranschaulicht, die bei Verwendung von Kaliumdampf als nichtlineares Medium in der Kammer 18 vorliegen. Die As—5p Resonanzlinien treten bei 4044 und 4047 Ä entsprechend einer Differenz von 18.76 cm-¹ auf. Wird der durch den Stickstofflaser 6 gepumpte Farbstofflaser 2 so abgestimmt, daß seine Frequenz in der Nähe dieser Linien liegt, dann tritt stimulierte Ramanstreuung in bezug auf den 5s-Zustand mit Zs=3690cm-' und As»2,7μπι auf. Wird als Alkalimetalldampf Kaliumdampf genommen, so wird als Farbstoff für den Laser 2 zweckmäßigerweise eine Äthanollösung mit 2-hydroxy-4-methyI-7-amino-quiIine verwendet

Alkalimetalldämpfe sind für die erfindungsgemäße Anordnung besonders vorteilhaft da sie eine leichte Abstimmung in weiten Bereichen dadurch ermöglichen, daß der Dampf stark durchlässig für die erzeugte Infrarotstrahlung ist Darüber hinaus verhindert die Inversionssymmetrie des Systems ein nichtlineares Mischen im Bereich der dritten Ordnung nicht, während ein Mischen im Bereich der zweiten Ordnung einen azentrischen Kristall erfordert Der resultierende Strahl, dessen Frequenz im infraroten Gebiet liegt ist mit der nichtlinearen Polarisation des die Infrarotstrahlung erzeugenden Dampfes oder des obengenannten »vorspannenden« Zusatzes phasenabgestimmt

Eine weitere sich ergebende Möglichkeit besteht in der Abstimmbarkeit der Frequenz fs- Bei Verwendung eines Hochleistungslasers zur Erzeugung der Frequenz /i und wenn p-Niveaus erreicht werden können, die höher sind als 5p, so ergibt sich eine Reihe von mäßig breiten Sprektralgebieten. in deren Bereich fs abgestimmt werden kann.

Es kann sowohl abstimmbare stimulierte Ramanstreuung als auch parametrische Vierwellenumwand-Iung stattfinden. Dabei ist zu beachten, daß bei der

parametrischer! Vierwellenumwandlung eine bessere Abstimmbarkeit als bei Verwendung der stimulierten Ramanstreuung erhalten wird.

Bei der parametrischen Vierwellenumwandlung in Alkalimetalldiimpfen spielt auch die elektronische Ramanemission eine Rolle. In Fig.4 wird die Veränderung der Ramanemission als Funktion von 4 und des Druckes des Natriumdampfes in der Kammer 18 dargesiel't, wenn dieser Druck von 0,2 bis 20 Torr verändert wird und wenn die Spitzenleistung desi Strahls mit der Frequenz U 100 Watt überschreite¹.. In Fig.4 zeigt die Kurve A die gemessenen Intensitätsänderungen des Raman-Stokes Strahls bei fs bei niedrigen Drücken von beispielsweise 0.5 Torr als Funktion von Ft, Dabei im A= 3700 cm -' (λ<,«2.7 μπι). Die Kurve Bm Fig.4 zeigt die gleichen gemessenen Veränderungen der Raman-Stokes Intensität, bei einem Kaliumdampfdruck in der Nähe von 20 Torr. Eine Erhöhung des Kaliumdampfdruckes führt zu keinen wesentlichen Änderungen der Kurve B.

Außer dem bisher beschriebenen Verfahren zur Erzeugung einer in weiten Grenzen abstimmbaren oder veränderbaren Infrarotstrahlung ist es auch möglich, das Verfahren als Vierwellenmischprozeß zur Erzeugung einer in weiten Grenzen abstimmbaren Ultraviolettstrahlung auszugestalten. Die Verhältnisse werden durch das in F i g. 5 dargestellte Diagramm verdeutlicht. Die Laser 2 und 4 sind, wie im Zusammenhang mit der Beschreibung der F i g. 2 angegeben. Farbstofflaser. Die nichtlineare Susceptibilität λ wird in der gleichen Weise wie ob,η beschrieben, durch Resonanz erhöht. Um die Erzeugung von Ultraviolettstrahlung auf Kosten von Infrarotstrahlung stark zu erhöhen, muß der vorbeschriebene Prozeß unter Phasenabstimmung ablaufen. Im allgemeinen wird nur einer der beiden Prozesse phasenabgestimmt verlaufen und daher von ausschlaggebender Wirkung sein. Die Kohärenzlänge für die in Fig. 5 wiedergegebenen Verhältnisse wird im Gegensatz zu den durch die Gleichung (1) wiedergegebenen Verhältnissen durch folgende Gleichung definiert:

L₁ =

^Attp

h J

Der Unterschied zwischen den beiden Beziehungen liegt in dem Vorzeichen des Terms ΔπρΡ.ρ im Nenner. Bei Phasenabiiimmung durch Einstellung von 4 werden

verschiedene Werte dieser Frequenz benötigt, um in den beiden Fällen den Nenner gleich Null zu machen. Wie im Falle der Erzeugung von Infrarotstrahlung mit hohem Wirkungsgrad sollte 4 ebenfalls so eingestellt werden, daß eine intensive stimulierte Ramanstreuung entsteht, d. h. 4 sollte so eingestellt werden, daß es einem der in F i g. 4 dargestellten Maxima entspricht. Ist dies mit einer Phasenabstimmung in reinem Rubidiumdampf nicht verträglich, so sollte ein zweiter Alkalimetalldampf in die Kammer 18, wie im Zusammenhang mit der Erzeugung von Infrarotstrahlung erläutert, eingeführt werden.

Im folgenden wird eine weitere Betriebsart angegeben, die zwar eine geringere Abstimmbreite aufweist.

jedoch für Anwendungen mit höherem Energiebedarf nützlich sein kann. Dabei wird nur ein Laser, beispielsweise der Laser 2 benötigt. Bei den durch F ig. 5 wiedergegegebenen Verhältnissen wird fr gleich Fl gesetzt Der dann eintretende Vierwellenmischprozeß erzeugt ultraviolette Strahlung mit einer Frequenz fit= 2fr—fs- Die Kohärenzlänge wird definiert durch die Beziehung

(An_R

An_s 2An

k )

wobei für eine maximale Ausgangsleistung der Nenner der Gleichung (4) annähernd gleich Null gemacht werden soll. Die bei Verwendung eines einzigen Lasers nach diesem Verfahren erzeugte Ultraviolettstrahlung kann nur in einem Umfang verändert werden, der durch die Breite der Raman-Intensitätsverteilung nach Fig.4 gegeben ist. Für jedes 4 kann die Phasenabstimmung durch Zusatz eines weiteren Alkalimctalidampfes erreicht werden.

Ein dazu analoges Verfahren kann durch Gleichsetzung von fp und fs unter den in Fig.2 dargestellten Verhältnissen durchgeführt werden. Der Ausgangsstrahl weist die Frequenz fn=fr-2f_s auf. Bei Verwendung von Rubidium- und Kaiiumdampf mit den in den F i g. 2 und 3 angegebenen Energieniveaus liegt /« im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Mit den beschriebenen Verfahren und Anordnungen kann eine kontinuierlich veränderbare Infrarot- oder Ultraviolettstrahlung mit engster Bandbreite erzeugt werden. Diese Strahlung kann in Form von kurzen Impulsen mit hohen Wiederholungsfrequenzen auftreten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Erzeugung einer Strahlung mit veränderbarer Frequenz durch Anregung eines nächtlinearen Mediums, bei der dem nichtlinearen Medium gleichzeitig ein erster Lichtstrahl mit einer ersten Frequenz Tl und ein dazu kollinearer zweiter Laserstrahl mit einer zweiten, veränderbaren Frequenz Tpzugeführt wurden, dadurch gekennzeichnet, daß ein nichtlineares Medium verwendet wird, in dem vom ersten Laserstrahl eine stimulierte Ramanstrahlung mit Frequenz T₅ von einem virtuellen Anregungsniveau zu einem energetisch tiefer gelegenen ersten elektronischen Anregungsniveau hervorgerufen werden kann und das virtuelle Anregungsniveau in der Nachbarschaft weiterer elektronischer Energieniveaus liegt,
daß in dem Medium durch niciitlineare Wechselwirkung dritter Ordr-<ng zwischen den beiden Laserstrahlen 4. fpvma &cr stimulierten Ramanstreuung fs eine vierte Frequenz Tg erzeugt wird, die durch Variation der Frequenz Tp des zweiten Laserstrahls gemäß folgenden Gleichungen abstimmbar ist:

25

Tr= fr.-Ts-fr
bzw.

Tk= Tl-Ts+Tp