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 Kristall

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DE2403501C3
DE2403501C3 DE2403501A DE2403501A DE2403501C3 DE 2403501 C3 DE2403501 C3 DE 2403501C3 DE 2403501 A DE2403501 A DE 2403501A DE 2403501 A DE2403501 A DE 2403501A DE 2403501 C3 DE2403501 C3 DE 2403501C3
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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.
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)

Patentansprüche:
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.
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