DE2403501C3 - Verfahren zur Regelung der Phasenanpassung einer kohärenten Sekundärstrahlung in einem nichtlinearen Kristall - Google Patents
Verfahren zur Regelung der Phasenanpassung einer kohärenten Sekundärstrahlung in einem nichtlinearen KristallInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Phasenanpassung einer kohärenten Sekundärstrahlung
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.
Kohärente Sekundärstrahlung kann in Kristallen durch Ausnutzung nichtlinearer Polarisationseffekte
erzeugt werden, die durch die elektrischen Felder einer intensiven kohärenten Primärstrahlung hervorgerufen
werden. Die Frequenz der Sekundärstrahlung ist dabei gegen die Frequenz der Primärstrahlung verändert. Bei
Einwirken eines Laserstrahls der Frequenz /'auf einen
doppelbrcchenden Kristall kann in diesem die harmonische Welle der Frequenz 2 F erzeugt werden. Bei
Einwirkung von Laserstrahlen verschiedener Frequenzen, beispielsweise /Ί und Λ, kann in einem nichtlincaren
Kristall die kohärente Sekundärstrahlung mit der Summenfrequenz f, + Λ oder mit der Differenzfrequenz
f\ — fi erzeugt werden. Durch diese Erzeugung
von Sekundärstrahlung kann der Wellenlängenbereich der Emission von Lasern erweitert werden. Der
Wellenlängenbereich von handelsüblichen Farbstofflascrn
kann durch die Erzeugung von Sekundärstrahlung in einem nichtlincaren Kristall sowohl auf den UV- als
auch auf den IR-Bereich erweitert werden. Voraussetzung
für eine wirkungsvolle Umwandlung einer als Primärslrahlung wirkenden Laserstrahlung in eine
Sekundärstrahlung anderer Frequenz ist jedoch, daß die
primäre Welle und die sekundäre Welle auf dem Dtrchstrahlungsweg in Phase bleiben, d. h., daß beide
Wellen im nichtlinearcn Kristall dieselbe Phasengeschwindigkeit besitzen müssen.
Zur Herleitung der Bedingungen für Phasenanpassung zwischen primärer und sekundärer Welle und zum
Stand der Technik dienen folgende Erläuterungen:
Die nichllineare Wechselwirkung zwischen primärer und sekundärer Welle ist an Bedingungen geknüpft, die
dem Energicsatzund Impulssatz Rechnung tragen.
Zur Erhaltung von Energie- und Impulssatz muß gelten:
kx + k2 =
Hierin bedeuten:
= die Frequenzen,
= die Wellenvektoren,
= η (f,)d\e Brechungsindi/es für die Wellen,
= die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum.
Für kollinearen Durchgang erhält man daraus die Phasenanpassungsbedingung:
"i/i + n2f2 = >hfi-
(III)
Diese kann in verschiedenen nichtlinearen Kristallen dadurch erfüllt werden, daß die Dispersion der
Lichtgeschwindigkeit im Kristall durch die Anisotropie des Brechungsindex kompensiert wird.
In doppelbrechenden Kristallen sind im Prinzip zwei Typen der Phasenanpassung möglich:
Die Wellen mit den Frequenzen f\ und /"2 besitzen
die gleiche Polarisation (beide sind entweder ordentliche oder außerordentliche Strahlen).
Typ 2:
Die Polarisalionsrichtung der Wellen mit den Frequenzen f\ und /*>
sind orthogonal zueinander jo (ein ordentlicher und ein außerordentlicher Strahl).
Für den Spezialfall der Frequenzverdopplung mit Phasenanpassung nach Typ I geht die Phasenanpassungsbedingung
III über in j-,
wobei der Index />o« auf den ordentlichen und der Index
»c« auf den außerordentlichen Strahl hinweist.
In einem einachsigen Kristall mit negativer Doppelbrechung
kann die Bedingung (IV) erfüllt werden, wenn im Kristall Richtungen existieren für die der außerordentliche
Brechungsindex für die Frequenz 2 /genau so groß ist wie der ordentliche Brechungsindex für die 4-,
Frequenz f. Strahlt man daher eine ordentlich polarisierte Welle der Frequenz f in dieser Richtung
durch den Kristall, so ist die durch die nichtlineare Wechselwirkung erzeugte Oberwelle der Frequenz 2 /
mit außerordentlicher Polarisation automatisch phasen- -,»
angepaßt und kann auf der Wechselwirkungsstrecke kumulativ erzeugt werden.
Für einen einachsigen Kristall mit positiver Doppelbrechung muß an Stelle von (IV)
Yf
/i,(Z) = /i„(2Z) (v>
gefordert werden.
Frequenzvcrdopplung in einachsigen Kristallen mit Phasenanpassung nach Typ 2 erfordert die Erfüllung der b0
Bedingungen
Entsprechende Formeln für die l'hasenanpassung bei
der Summen- und Differenzfrequcnzerzeugung lassen sich durch analoge Überlegungen ableiten und können
der Literatur entnommen werden (s. zum Beispiel J. E. Midwinter, ). Warner, Brit. J. Appl. Phys.. 16.
1135 [1965]; G. C. Bhar, D. C. Hanna. B.
Luther-Davies and R. C. S m it h , Optics Communicatio.is.
6. 323 [1972]). Die Bedingungen für Phasenanpassung in biaxialen Kristallen sind bei Hobden. J.
Appl. Phys., 38.4365 (1967), zu finden.
Wird die Emission eines oder mehrerer frequenzvariabler Laser als Primärstrahlung verwendet, so kann
mit Hilfe nichtlinearer Polarisationsprozesse in Kristallen eine frequenzvariable kohärente Strahlung im
ultravioletten ur.d im infraroten Spektralbereich erzeugt werden. Zur Erzeugung durchstimmb-jrer und
leistungsstarker Primärstrahlung stehen im sichtbaren Spektralbereich Farbstofflaser zur Verfügung. Bandbreite
und Wellenlänge der emittierten Strahlung dieser Laser kann nach dem Stand der Technik durch
Verwendung dispergierender Elemente im Laserresonator in weiten Grenzen variiert werden.
Eine besonders große Umwandlungen) te bei der
Erzeugung kohärenter Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen ca. 260 und 350 nm durch Frequenzverdopplung
von Farbstofflaseremission kann in Kaliumdihydrogenphosphat-Kristallen (KHiPO4) und in Ammoniumdihydrogenphosphat-Kristallen
[(NH4)HiPO4], die
abgekürzt auch als KDP- und ADP-Kristalle bezeichnet
werden, erzielt werden. Zur Erzeugung einer hohen Feldstärke wird der Laserstrahl mit einer Linse in den
Kristall fokussiert.
Untersuchungen zur Frequenzverdopplung von Farbstofflaserstrahlung
in KDP- und ADP-Kristallen haben gezeigt, daß in einem fokussierten Laserstrahl die
Phasenanpassungsbedingung bei Einstrahlung spektral schmalbandiger Laserstrahlung nicht für den gesamten
Öffnungswinkel des Laserbündels erfüllt werden kann (s. zum Beispiel J. Kühl, H. Spit sch an. Optics
Communications, 5, 382 [1972]). Die Erzeugung der Oberwelle kann daher nur in einem sehr schmi'len
Winkelbereich beobachtet werden. Dies führt da/u. daß
der Querschnitt des erzeugten UV-Strahls in der kritischen Richtung, die durch die optische Achse des
Kristalls festgelegt ist, je nach Bandbreite des Lasers stark beschnitten wird.
Als dispergietende Elemente zum Durchstimmen der Laseremission werden z. B. Beugungsgitter, Dispersionsprismen,
Interferenzfilter, Fabry-Perot-Etalons, achromatische Linsen, Lyot-Filter bzw. eine Kombination
von mehreren solcher Elemente verwendet. Die spektrale Durchsiimmung der Laserstrahlung kann
beim Interferenzfilter ζ. B. durch eine Variation der Winkelstellung des Filters zur Strahlrichtung erreicht
werden. Beim Lyot-Filter und Fabry-Perot-Etalon mit einem Abstandstück aus Piezokeramik kann die
Durchlaßwellenlänge durch Veränderung einer elektrischen Spannung verändert werden.
Bestrahlt man einen einachsigen doppelbrechenden Kristall mit der frequenzvariablen Strahlung eines
Farbstofflaser, um frequenzvariable Sekundärstrahlung der doppelten Frequenz zu erzeugen, so muß die
Phasenanpassungsbedingung im Kristall für die jeweils eingestrahlte Laserfrequenz und ihre Oberwelle erfüllt
sein, da die Brechungsindizes n„ des ordentlichen und nL-des
außerordentlichen Strahls in verschiedener Weise Dispersion zeigen. Das Problem, die Ph.'.'.criuiiijassung
in Abhängigkeit von der Variation de:" Wellenlänge stets wiederherzustellen, kann bekanntlich auf zwei
Wegen gelöst werden:
1. Die Kristallorieniieriing wird durch Drehen des
Kristalls um die Achse senkrecht zur optischen Kristallachse in der Weise mit der Frequenz
geändert.daß dei Winkel zwischen der Laserstrahl· richtung im Kristall und der optischen Krisiallachse
gciiiJe detii Phasenanpassungswinkci tür die
jeweilige Frequenz entspricht.
2. Die Kristalltemperatur und damit die Größe der
Brechungsindizes n,,und n,- werden in der Weise mit der Frequenz geändert, daß die Beziehungen (IV)
bzw. (V) erfüllt bleiben.
Das spektrale Durchstimmen der im Kristall erzeugten Sekundärstrahlung erfordert demnach die gleichzeitige
Änderung von mindestens zwei experimentellen Parametern:
a) Die Variation der Lascrausgangsfrequenz: Dies geschieht beispielsweise durch Änderung der
Winkelstellung des dispergierenden Elements im Resonator des Lasers.
b) Die Erfüllung der Phasenanpassungsbedingung im doppelbrechcndcn Kristall: Dies geschieht beispielsweise
durch Änderung der Krisiallorientierung oder der Kristalltemperatur.
Da sich die Winkelstellungen des Kristalls und des dispergierenden Elements im Laserresonator in sehr
unterschiedlicher Weise und jeweils nichtlinear mit der Wellenlänge ändern, ist eine Kopplung der beiden
Bewegungen nach dem Stand der Technik nur möglich, nachdem die in Frage kommende Abhängigkeit durch
die Aufnahme einer Eichkurve festgelegt ist. Doch set/.t die Verwendung einer Eichkurve voraus, daß alle
experimentellen Parameter hinreichend konstant gehüllten werden können, was nicht immer gewährleistet ist.
Insbesondere ist die Aufnahme einer Eichkurve für jedes neue dispergierende Element, das mit dem Kristall
kombiniert wird, nötig.
Aus der US-PS 33 28 723 ist ein Verfahren zur Erzeugung einer phasenangepaßten kohärenten Sekundärstrahlung
bekannt, bei dem die Phasenanpassung der Sekundärstrahlung an die Primärstrahlung über einen
Regelkreis nachgestimmt wird. Dieses bekannte Verfahren geht aus von einer frequenzstabilen Primärstrahlung,
aus der eine frequenzstabile Sekundärstrahlung erzeugt werden soll.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
automatischen Nachstimmung der Phasenanpassung der Sekundärstrahlung an eine frequenzvariable Primärstrahlung
anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Aufrechterhaltung der Phasenanpassung bei
Durchstimmen der Wellenlänge der Primärstrahlung die vom Grad der Phasenanpassung abhängige Richtung
der den Kristall verlassenden Sekundärslrahlung zur Steuerung eines Regelkreises verwendet und über
diesen konstant gehalten wird.
Um durchstimmbare Sekundärstrahlung in einem breiten Emissionsbereich zu erhalten, ist es vorteilhaft,
daß als Quelle für die Primärstrahlung ein Laser mit wellenlängenvariabler Emission verwendet wird und
daß ein Teil der Sekundärstrahlung auf eine Detektoranordnung gelenkt wird, die auf die örtliche Verlagerung
der Sekundärstrahlung mit einem elektrischen Signal reagiert, das nach Absolutwert und Vorzeichen
cinMaßfürdie Verlagerung der Sekundärstrahlung ist.
Wenn die Phasenanpassung durch Änderung der Kristallorientierung in bezug auf die Einfallsrichtung
der Primärstrahlung erreicht werden soll, kann das in
der Deiekioranordnung erzeugte Signal zur Sloueriin
eines Servomotors verwendet werden, der die Drchsuiung
des Kristalls so lange korrigier!, bis das Sign; wieder den Wert Null annimmt.
Wenn die Phasenanpassung durch Änderung de Hrechiingsindi'\ im Kristall errei<''-i werden .soll, wir
zweckmäßig das in der Detekloranordnung erzeugt
.Signal /it Steuerune eines den Kristall umgebende
Heizofens verwendet, welcher die Temperatur um J<)illii die Brechzahl des Kristalls so lange ändert, bis da
Signal wieder den Wert Null annimmt.
Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung de
erfiiidungsgemaßen Verlahrens zeichnet sich dadure
aus. daß als Primärsirahlungsquclle ein durchstimmba
rer l-arbstollkiscr vorgesehen ist, daß im Lichlwcg de
emittierten Laserstrahlung eine Sammellinse angeord net ist, daß die aus dieser Sammellinse austretend
Primärstrahluüg auf den in ei:; em Drehtisch montierte
niihtlincarcn Kristall fällt daß zur Durchführung de
Drehbewegung ein Stellmotor vorgesehen ist, der de Drehtisch antreibt, daß weiterhin im Lichtweg der au
dem Kristall austretenden Sekundärstrahlung ein leilrcflekiierende Platte vorgesehen ist, die einen Te
der Strahlung auf die aus zwei nebeneinander liegende Fotoempfängern bestehende Detektoranordnung lenk
und daß weiterhin den Fotoempfängern ein Operations verstärker nachgeordnet ist. dessen Ausgang auf di
Ansteuereinheit des Stellmotors einwirkt. Durch dies Vorrichtung wird eine automatische Kopplung de
Kristallbewegung an die Bewegung des zur Wellenlän genselektion dienenden dispergierenden Elements ir
Laserresonator erreicht. Der im Kristall erzeugt UV-Wellenlängenbereich kann durch Variation eine
einzigen experimentellen Parameters, beispielswcis der Stellung des dispergierenden Elements im Laserre
sonator, durchgestimmt werden. Außerdem wird durc das automatische Nachstellen des Kristalls ein räumli
ches Wandern des emittierten UV-Lichtes vermieden.
Die Parallclversetzung der Sekundärstrahlung bein
Kippen des planparallelen Kristalls kann dadurcl vermindert oder aufgehoben werden, daß der nichtli
ncate Kristall in ein flüssiges Medium eingebettet is dessen Brechzahl der des Kristalls etwa gleich ist.
Die Parallelversetzung der Sekundärstrahlung bein Kippen des planparallelen Kristalls kann außerden
auch durch Verwendung von zwei miteinander gekop pelten, im Lichtweg hintereinander angeordneten
spiegelbildlich zueinander drehbaren Kristallen aufge hoben werden.
spiegelbildlich zueinander drehbaren Kristallen aufge hoben werden.
Zur Erreichung einer Frequenzänderung der Sekun därstrahlung im Kristall durch Summen- oder Diffe
renzbildung der Frequenzen zweier PrimärstrahlungC! verschiedener Wellenlänge dient ein vorteilhafte
Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchfüh rung des erfindungsgemäßen Verfahrens, das sie
dadurch auszeichnet, daß als Primärstrahlungsquelle zwei Laser vorgesehen sind, von denen einer eine fest
Frequenz ausstrahlt, während die Frequenz des anderei durchstimmbar ist, daß ein Umlenkspiegel und eil
teildurchlässiger Spiegel vorgesehen sind, welche di Laserstrahlung auf eine im Lichtweg angeordnet'
Sammellinse lenken, daß der hinter der Sammellinse angeordnete nichtlincare Kristall von einem Heizofei
umgeben ist. daß hinter dem Kristall eine teilreflektie rende Platte vorgesehen ist, welche die vom Kristal
austretende Sekundärstrahlung auf die Detektoranord nung lenkt, und daß weiterhin der Detektoranordnunj
ein Operationsverstärker nachgeordnet ist. der mit de
/\nsteuereinhcit Itir die Stromversorgung des Heizok-ns
verbunden ist.
Die mit der lirlindung cr/ij.i.c;; Vorteile bestehen
iiisbesomlcre darin, daß durch die Verhinderung eines
räumlichen Auswanderns der emittierten Sekundär-Strahlung
eine Verfälschung voii experimentellen Untcisuehungcn vermieden wird. Eine solche Verfälschung
würde beispielsweise bei Abbildung des Strahls iitif einen Monochromatorspalt oder durch Änderung
des Beobachiungsvolumens bei Fliiorcs/.enzmessungen
'lurch ein räumliches Wandern des emittierten Sekundärstrahls verursacht werden.
Weitere Vorteile liegen in der Einfachheit des Verfahrens und der Vorrichtung gegenüber dem
bekannten Stand der Technik und in der Unabhängigkeil
der Methode zur Erzeugung von kohärenter Sekundärstrahlung von speziellen Filter- und Kristalidaten.
Weiterhin ist zu erwähnen, dall das mit dem
Positionsdetektor der erfindungsgemäßen Vorrichtung nachgewiesenen Signal sich auch zur Regelung eines
Heizkreises bei »temperature tuning« des Kristalls verwenden läßt.
Kin weiterer Vorteil des Verfahrens liegt in der hohen
F.instellgenauigkeit bei kritischer Kristallstellung, da die Empfindlichkeit des Verfahrens mit dö/dA wächst. (■) ist
dabei der Phasenanpassungswinkel und λ Hie Wellenlänge der Primärstrahlung.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens werden anhand der Zeichnung im folgenden näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Vorrichtung mit einem durchstimmbaren Laser als Primärstrahlungsquelle und einem drehbar
angeordneten nichtlinearen Kristall zur Frequenzvcrdopplung,
F i g. 2 eine Vorrichtung mit einem durchstimmbaren Laser als Primärstrahlungsquelle und zwei miteinander
gekoppelten und spiegelbildlich zueinander drehbaren nichtlinearen Kristallen zur Frequenzverdopplung,
F i g. 3 eine Vorrichtung mit einem durchstimmbaren und einem nichtdurchstimmbaren Laser als Primärstrahlungsquellen
und einen heizbar angeordneten nichtlinearen Kristall zur Summen- oder Differenzbildung
der eingestrahlten Primärfrequenzen.
In der F i g. 1 ist mit der Kennzahl 1 ein Farbstofflaser
mit frequenzvariabler Emission bezeichnet. Die Durchstimmung der Frequenz des Farbstofflasers geschieht
nach dem Stand der Technik mit einem im Laserresonator eingebauten dispergierenden Element, beispielsweise
einem Interferenzfilter, das aber in der Fig. 1 nicht
eingezeichnet ist. Mit der Kennziffer 2 ist eine Sammellinse bezeichnet, welche die Laserstrahlung auf
einen nichtlinearen Krislall 3 lenkt, !n diesem Kristall 3
wird durch Bildung der harmonischen Oberwelle die Frequenz / der Primärstrahlung verdoppelt. Eine
Parallelversetzung der Sekundärstrahlung gegenüber der Primärstrahlung, die beim Kippen des planparallelen
Kristalls 3 auftreten würde, wird dadurch verhindert, daß der Kristall 3 in ein flüssiges Medium 35 mit
praktisch der gleichen Brechzahl wie der des Kristalls eingebettet ist. Das Medium befindet sich in einer
Küvette 33 mit parallelen Ein- und Austrittsfenstern 34. Die aus dem Kristall 3 austretende Sekundärstrahlung
wird auf eine teilreflektierende Quarzplatte 11 gelenkt. Der größere Anteil der Strahlung wird von der Platte 11
durchgelassen und kann zum gewünschten Versuchszweck verwendet werden, während ein geringer Anteil
c!cr Strahlung auf zwei nebeneinander liegende
Fotoempfiinger 12, Π gelenkt wird. Der Ausgang der
beiden Fotoempfänger ist an den Operationsverstärker 14 angeschlossen, dessen Ausgang auf die AiiMcuercinheit
15 für den .Stellmotor 5 einwirkt. Der Stellmotor 5 treibt ein Zahnrad 50 an, welches in die Verzahnung des
Drehtisches 10 eingreift. Ist für die mit dem Laser 1
eingestellte Primärstrahlung die Anpassungsbedingung für die Phase tier Primärstrahliing und die der
Sekundärstrahlung im Kristall 3 erfüllt, so empfangen die beiden Fotoempfänger 12, Ii die gleiche .Strahlungsmenge. Beim spektralen Durchstimmen der Laserquellc
1 ist für eine andere Frequenz der Primärstrahlung die Phasenanpassung im Kristall für eine andere Richtung
der Sekundärstrahlung eriülll. Dies macht sich in einem Auswandern der auf die Folocmpfängcr 12, 13 fallenden
Lichtflecke bemerkbar. Es empfängt dann einer der Fotoempfänger eine größere Lichtmenge als der
andere. Als Folge davon sind die Foioströme in den Empfängern 12, 13 verschieden. Dadurch wird ein
Signa! erzeugt, dessen Höhe über den absoluten Betrag der Wellenlängenänderung und dessen Vorzeichen über
die Richtung der Wcllenlängenänderung, d. h., ob die Wellenlänge der Primärstrahlung nach größeren oder
nach kleineren Wellenlängen verändert wurde, Auskunft gibt. Das Signal wird vom Operationsverstärker
14 verstärkt, dessen Ausgang über die Ansteuereinheil
15 den Stellmotor 5 in Bewegung setzt, der dann die Orientierung des Kristalls 3 so lange verstellt, bis die
Phasenanpassung zwischen Primärstrahlung und Sekundärstrahlung wiederhergestellt ist. Durch diesen geschlossenen
Regelkreis ist für jede Wellenlänge des durchstimmbaren Lasers 1 die Phasenanpassung der
Sekundärstrahlung an die Priniärstrahiung gewährleistet, und der Kristall gibt eine durch den Laser 1
abstimmbar Sekundärstrahlung der doppelten Frequenz
ab. Für die Justierung ist lediglich notwendig, daß einmalig für eine einzige Wellenlänge die Kristalloricntierung
für die Phasenanpassungsbedingung eingestellt wird.
Die in F i g. 2 dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich von der Vorrichtung der Fig. 1 dadurch, daß die
Parallelversetzung der Sekundärstrahlung, die beim Kippen des planparallelen Kristalls 3 auftritt, durch
Verwendung eines zweiten Kristalls 4, der mit Kristall 3 gekoppelt und spiegelbildlich zu diesem drehbar ist.
aufgehoben wird. Die Drehung des Kristalls 4 erfolgt über das Zahnrad 70, welches in die Verzahnung des
Drehtisches 9 und des Zahnrades 50 eingreift und damit vom Stellmotors mit angetrieben wird.
In der F i g. 3 ist eine Vorrichtung gezeigt, welche als
Primärstrahler zwei verschiedene Laserquellen 16 und 17 verwendet, wobei die Laserquelle 16 die Strahlung
einer einzigen Frequenz emittiert, während die Laserqueile !7 ebenso wie die mit 1 bezeichnete Laserquelle
der Fig. 1 in einem großen Wellenlängenbereich durchstimmbar ist. Die kollineare Laserstrahlung aus
den beiden Quellen 16 und 17 gelangt über den Umlenkspiegel 18 und den teildurchlässigen Spiegel 19
durch die Sammellinse 20 auf den nichtlinearen Kristall 21, der von einem Heizofen 22 umgeben ist. Die vom
Kristall 21 ausgehende Sekundärstrahlung gelangt wie bei der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung wieder auf eine
teilreflektierende Quarzplatte, die in der Fig. 2 die
Bezeichnung 23 trägt, und die einen Teil der Strahlung auf die Fotoempfänger 24 und 25 lenkt. Die Fotoempfänger
der Vorrichtung nach F i g. 3 sind wieder an einen Operationsverstärker 26 angeschlossen, der seinerseits
mil der Ansteuereinheit 27 verbunden ist. Diese Ansteuereinheil liefert den Strom für den llei/ofen 22,
der beim erstmaligen lusiiercn der Vorrichtung auf eine solche Temperatur cingesicilt wird, daß für eine
bestimmte Wellenlänge des Lasers 17 als Sekundärstrahlung die Differenzfrequenz /Ί — Λ entsteht. In
diesem Fall empfangen die Fotoempfünger 24 und 25
die gleiche Strahlungsmenge. Wird nun die Wellenlänge der l.ascrqudle 17 verändert, dann wird die Anpassungsbedingung
für die l'hasen der Primärstrahlung und
der Sekundärslrahlung verstimmt, was zu einer Auswanderung des Lichtflceks der Sekundärstrahlung
auf den Fotoempfängern 24 und 25 führt. Die Fotoempfänger 24, 25 werden dadurch mit verschiedener
Intensität bestrahlt. Dadurch entsteht wieder ein Signal, dessen Größe vom Absolutbetrag der Wellenlängenänderung
und dessen Vorzeichen von der
10
Richtung der Wellcnlängenünderung abhängt. Dieses Signal wird im Operationsverstärker 26 verstärkt und
auf die Ansteucrcinheil 27 gelenkt, die dann den llei/strom für den Heizofen 22 so lange ändert, bis
durch die Temperatur des Kristalls 21 die Phasenanpassung der Sekundärstrahlung mit der neuen Wellenlänge
der l'rimärstrahlung wieder erfüllt ist.
Außer der Differenzbildung f\ - I2 ist in dem in der
Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel auch eine Summenbildung
der Primärfrequenzen/i + /»möglich.
Die Methode d-..r Phasenanpassung mittels Temperaturänderung
des Kristalls beschränkt sich nicht auf das in der Fig. 3 dargestellte Beispiel, bei dem als
Primärstrahlquellen zwei Laser verwendet werden. Sie kann benso mit nur einem dtirchstimmbaren Laser
durchgeführt werden.
Hierzu 2 Matt Zeielinunuen
Claims (8)
1. Verfahren zur Regelung der Phasenanpassung einer kohärenten Sekundärstrahlung, die in einem
nichtlinearen Kristall durch Einstrahlung einer kohärenten Primärstrahlung erzeugt wird, wobei die
Frequenz der Sekundärstrahlung gegen die Frequenz der Primärstrahlung durch Verdoppelung,
Summen- oder Differenzbildung verändert ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufrechterhaltung
der Phasenanpassung bei Durchstimmen der Wellenlänge der Primärstrahlung die vom
Grad der Phasenanpassung abhängige Richtung der den Kristall verlassenden Sekundärstrahlung zur
Steuerung eines Regelkreises verwendet und über diesen konstant gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Quelle für die Primärstrahlung ein
Laser mit wellenlängenvariabler Emission verwendet wird und daß ein Teil der Sekundärstrahlung auf
eine Detektoranordnung gelenkt wird, die auf die örtliche Verlagerung der Sekundärstrahlung mit
einem elektrischen Signal reagiert, das nach Absolutwert und Vorzeichen ein Maß für die
Verlagerung der Sekundärstrahlung ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Detektoranordnung
erzeugte Signal zur Steuerung eines Servomotors verwendet wird, der die Drehstellung des Kristalls so
lange korrigiert, bis das Signal wieder den Wert Null annimmt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Detektoranordnung
erzeugte Signal zur Steuerung eines den Kristall umgebenden Heizofens verwendet wird, welcher die
Temperatur und damit die Brechzahl des Kristalls so lange ändert, bis das Signal wieder den Wert Null
annimmt.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch
gekennzeichnei. daß als Primärstrahlungsquelle ein
durchstimmbarer Farbstofflaser (1) vorgesehen ist, daß im Lichtweg der emittierten Laserstrahlung eine
Sammellinse (2) angeordnet ist, daß die aus der Sammellinse (2) austretende Primärstrahlung auf
einen in einem Drehtisch (10) montierten nichtlinearen Krislall (4) fällt, daß zur Durchführung der
Drehbewegung ein Stellmotor (5) vorgesehen ist, der den Drehtisch (10) antreibt, daß weiterhin im
Lichtweg der aus dem Kristall (4) austretenden Sekundärstrahlung eine teilrcflektierende Platte (11)
vorgesehen ist, die einen Teil der Strahlung auf die aus zwei nebeneinanderliegenden Photoempfängern
(12, 13) bestehende Detektoranordnung lenkt und daß weiterhin den Photoempfängern (12, 13) ein
Operationsverstärker (14) nachgeordnet ist, dessen Ausgang auf die Ansteuereinheit (15) des Stellmotors
(5) einwirkt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Kristall (4) in ein
flüssiges Medium eingebettet ist, dessen Brechzahl der des Kristalls praktisch gleich ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle eines einzigen Kristalls (4)
zwei miteinander gekoppelte, im Lichlweg hintereinander angeordnete und spiegelbildlich zueinander
drehbare Krislalle (3,4) vorgesehen sind.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als
Primärslrahlungsquellen zwei Laser (16, 17) vorgesehen sind, von denen mindestens einer durchstimmbar
ist, daß ein Umlenkspiegel (18) und ein tcüdurchlässiger Spiegel (19) vorgesehen sind,
weiche die Laserstrahlung auf eine im Lichtweg angeordnete Sammellinse (20) lenken, daß der hinter
der Sammellinse (20) angeordnete nichtlineare Kristall (21) von einem Heizofen (22.) umgeben ist,
daß hinter dem Kristall (21) eine teildurchlässige Platte (23) vorgesehen ist, welche die vom Kristall
(21) austretende Sekundärstrahlung auf die Detektoranordnung (24, 25) lenkt, und daß weiterhin der
Detektoranordnung (24, 25) ein Operationsverstärker (26) nachgeordnet ist, der mit der Ansteuereinheit
(27) für die Stromversorgung des Heizofens (22) verbunden ist.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2403501A DE2403501C3 (de) | 1974-01-25 | 1974-01-25 | Verfahren zur Regelung der Phasenanpassung einer kohärenten Sekundärstrahlung in einem nichtlinearen Kristall |
US05/542,016 US3962576A (en) | 1974-01-25 | 1975-01-17 | Method and apparatus for automatic generation of phase-adapted coherent secondary radiation in a non-linear crystal |
GB2331/75A GB1487004A (en) | 1974-01-25 | 1975-01-20 | Method and apparatus for automatic generation of phase-adapted coherent secondary radiation in a non-linear crystal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2403501A DE2403501C3 (de) | 1974-01-25 | 1974-01-25 | Verfahren zur Regelung der Phasenanpassung einer kohärenten Sekundärstrahlung in einem nichtlinearen Kristall |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2403501A1 DE2403501A1 (de) | 1975-08-07 |
DE2403501B2 DE2403501B2 (de) | 1978-06-22 |
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