-
"Nichtlinearen Kristall enthaltende Anordnung zur Beeinflussung kohärenter
optischer Strahlung" Die Erfindung bezieht sich auf eine einen nichtlinearen Kristall
enthaltende Anordnung zur Beeinflussung kohärenter optischer Strahlung.
-
Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich überwiegend auf
die Frequenzvervielfachung, insbesondere die Brequenzverdopplung, auf die Frequenzmischung
von in Laseroszillatoren erzeugter kohärenter Strahlung im optiscben Spektralbereich,
sowie auf parametrische optische Verstärker.
-
Optische Frequenzverdopplung kohärenter Laserstrahlung durch nichtlineare
Polarisation in bestimmten Kristallen ist seit längerem bekannt. Durchläuft eine
Lichtwelle der Frequenz w einen kristall mit nichtlinearen optischen Eigenschaften,
so entsteht in diesem unter bestimmten Voraussetzungen eine neue, zweite lichtwelle
der Frequenz 2 w. Als Beispiel für Kristall le mit nichtlinearen optischen Eigenschaften
seien Kaliumdihydrogenphosphat (KDP), Ammoniumdihydrogenphosphat (ADP) und Ammoniumdihydrogenarsenat
(ADA) genannt.
-
Besonders wirkungsvoll ist die Frequenzverdopplung, wern im Verdopplerkristall
zwischen der Grundwelle der Frequenz w und der Oberwelle der Frequenz 2 w Phasenanpassung('phase-matching')
erreicht werden kann. Bei kollinearer Ausbreitung der Grund-und Oberwelle im Kristall
bedeutet dies, daß die Brechungsindices der Grund- und Oberwelle gleich sein müssen.
Diese Bedingung kann in einer Reihe doppelbrechender Kristalle mit nichtlinearen
Eigenschaften für bestimmte Frequenzbereiche der durch geeignete Wahl der Ausbreitungsrichtung
und Polarisader tion der Grund- und Oberwelle, wobei die Polarisation der Oberwelle
durch die Soeffizienten der nichtlinearen Suszeptidurch bilität des Kristalls und
die Polarisation der Grundwelle bestimmt ist, und durch andere, den Kristallzustand
bestimmende physikalische Größen wie Druck p, eine von außen angelegte
elektrische
Feldstärke E oder die Kristalltemperatur T erfüllt werden. In einachsig doppelbrechenden
Eristallen (z.B.
-
ADP, KDP, ADA, ...) ist die 90°-Phasenanpassung, bei der die Ausbreitungsrichtung
der Grund- und Oberwelle senkrecht zur optischen Achse verläuft, besonders vorteilhaft.
-
90 0-Phasenanpassung ist in einer Reihe einachsig doppelbrechender
kristalle möglich. Bei vorgegebener Kristalltemperatur ist unter Normalbedingungen
in diesen Kristallen 90°-Phasenanpassung nur für eine bestimmte Frequenz w zu erfüllen.
Durch Variation z.B. der Kristalltemperatur hat man die Möglichkeit, innerhalb eines
bestimmten Frequenzbereiches jeweils 900-Phasenanpassung einzustellen. Der Abstimmbereich
wird dann im wesentlichen von der Temperaturabhängigkeit der Brechungsindices des
in Frage kommenden Kristalls und von dessen Curietemperatur als untere Temperaturgrenze
und der Stabilitätsgrenze des Kristalls als obere Temperaturgrenze bestimmt.
-
Für KDP und ADP ist zu B. bei ca. -100C für die Grundwellenlänge 514,5
nm (Argonlaserlinie) 90°-Phasenanpassung möglich, ADP erlaubt bei ca. +50°C für
532 nm (verdoppelte YAG-Laserlinie) 90°-Phasenanpassung.
-
Bei ADA liegt die zur 90°-Phasenanpassung erforderliche Kristalltemperatur
für Grundwellenfrequenzen zwischen ca. 606 nm und 560 nm (dies entspricht ungefähr
dem Abstimmbereich eines Farbstofflasers mit dem Farbstoff Rhodamin 6G) zwischen
ca, -400C und +80°C.
-
Unter der Voraussetzung optimaler Fokussierung der Grundwelle in den
Verdopplerkristall, wobei der Fokus in der Kristallmitte liegen soll, kann für eine
Grundwelle im TEM -oo Modus bei 900-Phasenanpassung die Oberwellenleistung nach
der Formel PSH = K 1 Pf2 berechnet werden.
-
K ist eine im wesentlichen für den Kristall charakteristische Konstante
und enthält insbesondere die nichtlineare Suszeptibilität, die quadratisch eingeht.
1 ist die Kristall-Länge, Pf die Grundwellenleistung. Optimale Fokussierung ist
erfüllt, wenn t s l/b = 2,84, wobei b = k1w0² der konfokale Parameter des Laserlichtbündels
und W der Strahlradius im Fokus ist, 0 k1 ist der Wellenvektor der Grundwelle.
-
Für KDP und ADP ergibt sich beispielsweise für 1 = 40 mm
näherungsweise
PSH [mW] # 4,8 Pf² [Watt].
-
Durch resonatorinterne Frequenzverdopplung, bei welcher der Verdopplerkristall
innerhalb eines geeignet ausgebildeten Grundwellenresonators angeordnet ist, kann
der Wirkungsgrad für die Frequenzverdopplung durch Ausnutzung der hohen Grundwellenleistung
im Laserresonator bei gleicher Kristall-Länge wesentlich erhöht werden, Der Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde, eine einen nichtlinearen Kristall enthaltende Anordnung
anzugeben, in der der nichtlineare Kristall auf einfache Weise derart beeinflußt
werden kann, daß über einen weiten Frequenzbereich eine optimale Phasenanpassung
zwischen den den nichtlinearen Kristall durchlaufenden optischen Wellen erreichbar
ist; weiterhin soll die Anordnung einen optimalen Schutz für den gegen bestimmte
Umgebungsbedingungen, beispielsweise hohe Luftfeuchtigkeit, anfälligen Kristall
bieten. Darüberhinaus soll die Anordnung leicht handhabbar und ohne zeitraubende
Justierarbeiten innerhalb und außerhalb von Laserresonatoren einsetzbar sein.
-
Eine einen nichtlinearen Kristall enthaltende Anordnung zur Lösung
dieses Problems ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare
Kristall und die zur Änderung seiner optischen Eigenschaften vorgesehenen Mittel
sowie die Mittel zur Beeinflussung des Feuchtigkeitsgehalts der ihn umgebenden Luft
in einem gasdichten Gehäuse gegen die Atmosphäre abgeschlossen zu einer Baueinheit
vereinigt sind.
-
Weitere Ausgestaltungen der-Erfindung sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug
auf die Zeichnung näher erläutert.
-
Figur 1 zeigt im Längsschnitt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Anordnung, das zur Frequenzverdopplung von kohärenter Strahlung im optischen Spektralbereich
geeignet ist.
-
Die Anordnung soll in einem breiten Frequenzbereich funktionsfähig
sein, beispielsweise zur Frequenzverdopplung der von einem über einen breiten Frequenzbereich
kontinuierlich abstimmbaren Farbstofflaser abgegebenen Strahlung. Es sind Mittel
zur Beeinflussung des nichtlinearen Kristalls vorgesehen, die erfindungsgemäß zu
einer Baueinheit zusanm:engefaßt sind. Dadurch ergibt sich eine leicht handhabbare
Anordnung, die ohne zeitraubende Justierarbeiten einsetzbar ist. Die Mittel zur
Beeinflussung des nichtlinearen Kristalls umfassen Vorrichtungen zur Kühlung bzw.
Aufheizung-des Kristalls,
weil jeweils abhängig von der Wellenlänge
der den nichtlinearen Kristall durchsetzenden optischen Strahlung eine optimale
Phasenanpassung nur bei einer bestimmten Temperatur erreichbar ist. In der erfindungsgemäßen
Anordnung kann ein nichtlinearer Kristall auf eine beliebige Temperatur gebracht
werden, die etwa im Bereich zwischen -1000C bis +90°C liegt. Die Mittel zur Beeinflussung
des nichtlinearen Kristalls umfassen weiterhin Kontakte, über die an den nichtlinearen
Kristall ein elektrisches Feld angelegt werden kann. Dadurch kann einerseits der
Frequenzbereich, über den eine optimale Phasenanpassung erreichbar ist, ausgedehnt
werden, andererseits kann auf einfache Weise dadurch eine unter Umständen auftretende
Temperaturdrift des Kristalls kompensiert werden. Die Mittel zur Beeinflussung des
Kristalls umfassen weiterhin eine Vorrichtung, die es ermöglichst, den Kristall
einer bestimmten Luftfeuchtigkeit auszusetzen. Einerseits sind eine Reihe von nichtlinearen
Kristallen, wie beispielsweise KDP und ADP hygroskopisch, so daß sie vor Luftfeuchtigkeit
geschützt werden müssen; andererseits sind weitere Kristallarten wie z.B. Lithiumformat
nur oberhalb einer bestimmten relativen Luftfeuchtigkeit stabil. Durch den gasdichten
Abschluß der Boueinheit
können für den betreffenden Kristall optimale
Bedingungen aufrechterhalten werden.
-
Figur 2 zeigt einen Querschnitt der in Figur 1 im Längsschnitt dargestellten
Anordnung. Im nachfolgenden Text wird auf beide Figuren Bezug genommen, Ein mit
13 bezeichneter nichtlinearer Kristall ist in einem Kristallaufnahmeblock 12, vorzugsweise
einem Kupferblock, untergebracht. Dieser ist seitlich mit einem wärmeisolierenden
Material 14, vorzugsweise einem unter der BASF der Bezeichnung 'nStyropor"(Eingetragenes
Warenzeicheni) handelsüblichen Kunststoff, umgeben. Der Kristallaufnahmeblock 12,
liegt zwischen zwei Peltierkühlblöcken 25. Elektrisch isolierende Glimmerplättchen
und Silikonöl sorgen für einen guten Wärmekontakt zwischen dem Kristallaufnahmeblock
12 und den Peltierkühlblöcken 25, Die gesamte aus dem Kristallaufnahmeblock 12 der
Isolierung 14 und den Peltierkühlblöcken 25 bestehende Einheit wird in einer entsprechenden
Kammer in den GehäusehälJften 21 und 22 untergebracht und von diesen zusammengehalten,
Die Gehäusehälften sind vorzugsweise aus Aluminium angefertigt und schwarz eloxiert.
Dadurch wird eine elektrische Isolierung bei gutem thermischen Kontakt zu den Peltierkühlblöcken
erzielt. Zwischen den Gehäusehälften 21.und 22 liegt ein elastischer, speziell geformter
Dichtring,
der einerseits den Innenraum des Gehäuses abdichtet
und andererseits durch Verschrauben der Gehäusehälften miteinander auf die Elemente
13 und 25 einen gewissen Druck auszuüben gestattet und diese so zusammenhält. 19
ist der Lichtkanal durch das Gehäuse. Er ist je nach Anwendung der Anordnung verschieden
abgeschlossen (siehe unten). Weiter enthalten die Gehäusehälften 21 und 22 zwei
Kühlflüssigkeitskammern 26, die mit nicht eingezeichneten Kanälen miteinander und
mit zwei nach außen führenden Anschlußrohren 16 verbunden sind. Außerdem sind zwei
Luftkammern 27, die über Kanäle 18 mit dem Lichtkanal 19 verbunden sind, vorhanden
Die Luftkammern sind mit Schauglasern 28 und einem nicht eingezeichneten Dichtring
nach außen abgeschlossen0 Der Kristallaufnahmeblock 12 enthält eine zur Kristallachse
parallele Bohrung 29, in welche ein Temperaturfühler, vorzugsweise ein in einem
Glasröhrchen eingeschmolzener Platinwiderstand eingeführt wird.
-
Der Wärmekontakt zwischen dem Fühler und dem Bristallaufnahmeblock
wird durch eine Wärmeleitpaste verbessert. Die elektrischen Anschlüsse der Peltierkühlblöcke
sind nicht eingezeichnet. An der Außenseite des Gehäuses sind zwei Anschlußbuchsen
für ihre Stromversorgung angebracht. Eine weitere Buchse ist zum Anschluß des Temperaturfühlers
an ein Regelgerät vorgesehen.
-
Die Endflächen des Kristalls 13 snd so gegen die Kristall-Längsachse
geneigt, daß ein in der Einfallsebene polarisierter Lichtstrahl unter dem Brewsterwinkel
in den Kristall einfällt bzw. aus ihm austritt. Es ist vorgesehen, daß dies vorzugsweise
für die Grundwelle der Fall ist und diese somit keinerlei Reflexionsverluste an
den Kristallendflächen erleidet. Die Grundwellenstrahlung 17 fällt durch den Lichtkanal
19 in der Kristall 13 ein, durchläuft ihn in der Längsachse und verläßt das Gehäuse
durch den Lichtkanal 19 am anderen Ende. Die Oberwelle, die bei Erfüllung der Phasenanpassung
im Kristall erdie -zeugt wird und / bei der vorausgestzten 90°-Phasenanpassung exakt
kollinear zur Grundwellenstrahlung läuft, verläßt das Gehause ebenfalls durch den
Lichtkanal 19.
-
Der Kristallaufn&nnebloc% 12 und mit ihm der Kristall 13 kann
durch die Peltierkühlblöcke 25 auf die jeweils für 90°-Phasenanpassung erforderliche
Temperatur gebracht werden. Die Peltierkühlblöcke ermöglichen äe nach Richtung des
sie durchfließenden Gleichstromes eine Wärme zufuhr oder eine Wärmeabfuhr. Der Kristallaufnahmeblock
12 kann demnach sowohl auf Temperaturen, die über der Gehäusetemperatur als auch
unter dieser liegen gebracht werden. Die den Kammern 26 gegenüberliegenden Außenseiten
der Peltierkühlblöcke haben nahezu die Temperatur der die Kammern 26 durchfließenden
Kühlflüssigkeit, die je nach
Betrieb der Peltierkühlblöcke von
deren Außenseiten Wärme abführt oder ihnen zuführt. In Verbindung mit einem Temperaturregelgerät
und dem Temperaturfühler wird nach Erreichen der Solltemperatur der Strom durch
die Peltierkühlblöcke so gesteuert, daß der Kristall seine Solltemperatur beibehält.
-
Nit den zwei Peltierkühlblöcken kann, bauartbedingt, nur eine maximale
bestimmte7-Temperaturdifferenz aT zwischen ihren Außenflächen und Innenflächen erreichtpnd
aufrechterhalten werden (z.3. für die Peltierkühiblöcke PKE 36 der Fa. Nortron,
Nürnberg #T = 40 - 500C). Dies ergibt einen maximal einstellbaren Temperaturbereich
von 2 #T, wenn die Temperatur der Kühlflüssigkeit, vor zweise Wasser, konstant gehalten
wird. Durch geeignete Wahl der Temperatur der Kühlflüssigkeit kann Jedoch die Temperatur
des Kristallaufnahmeblockes in sehr viel weiteren Grenzen variiert werden, z.B.
typisch zwischen - 100°G und ca. +100°C.
-
Die obere Grenze ist in erster Linie durch die maximal zulässige Betriebstemperatur
der Peltierkühlblöcke gegeben.
-
Eine weitere Möglichkeit zur Erweiterung des Temperaturbereiches erhält
man durch Verwendung von zusätzlichen Peltierkühlblöcken, die hinsichtlich ihrer
thermischen Wirkung hintereinander geschaltet werden. Bei Verwendung von z.B. 4
statt 2 Peltierkühlblöcken wird der regelbare Temperaturbereich bei konstanter Kühlflüssigkeitstemperatur
auf 4#T erweitert.
-
Liegt die Solltemperatur des Kristalls 13, bei der also Phasenanpassung
erreicht wird, in der Nähe der Raumtemperatur, kann die Kühlflüssigkeit auch entfallen,
Der Wärmeaustausch erfolgt dann direkt über das Gehäuse mit der Umgebungsluft.
-
Dieser Wärmeaustausch kann durch zusätzliche, an die Außenseiten des
Gehäuses gegenüber den Kammern 26 angebrachten Kühlrippen verbessert werden.
-
Da eine Reihe von nichtlinearen Kristallen wie z.B. KDP und ADP hygroskopisch
sind, müssen sie vor Luftfeuchtigkeit geschützt werden; dies ist besonders für Temperaturen,
die unter der Außentemperatur liegen wichtig, da dann die polierten Kristallflächen
beschlagen können. Zu diesem Zweck wird in die Luftkammern 27 ein Trockenmittel,
vorzugsweise mit einem Feuchtigkeitsindikator versehenes Silikagel, das im Innenraum
des Verdopplergehäuses die relative Luftfeuchtigkeit erheblich verringert, eingebracht.
Der Zustand des Feuchtigkeitsindikators kann durch die Schaugläser 28 von außen
beobachtet werden.
-
Andererseits gibt es Kristalle, die nur oberhalb einer bestimmten
relativen Luftfeuchtigkeit stabil sind (z.B. Lithiumformat). Dann können die Kammern
27 zur Aufnahme eines Mittels dienen, das eine bestimmte Luftfeuchtigkeit aufrecht
erhält,
Weiter ist vorgesehen, auf zwei gegenüberliegende Kristallflächen
Elektroden, vorzugsweise durch Aufdampfen einer Metallschicht, anzubringen. Über
erfindungsgemäß im Kristallaufnahmeblock untergebrachte elektrische Kontakte und
Zuleitungen durch das Verdopplergehäuse kann an die Kristallelektropen eine regelbare
elektrische Spannung, typisch 0 bis + 1000 V, angelegt werden. Sie kann über die
vorbeschriebene Temperaturregelung hinaus zur exakten Einstellung der Phasenanpassung
benutzt werden. Vorzugsweise ist sie jedoch zur Korrektur der Phasenanpassung bei
geringfügigen Temperaturabweichungen von der Soll-Temperatur vorgesehen, Wird als
Temperaturregelgerät ein Zweipunktregler verwendet, so können die periodischen Temperaturschwankungen
im Kristall, die durch die Regelung zwischen den zwei Temperaturen T1 und T21 wobei
AT = T2-T1 etwa im Intervall zwischen 0,10C und 0,010C liegt, zustande kommen, noch
störend sein. Die dadurch hervorgerufene periodische Abweichung von der idealen
Phasenanpassung, die eine periodische Schwankung der Oberwellenleistung zur Folge
hat, kann durch Abnahme eines Regelsignales aus der Oberwellenleistung über einen
Regelmechanismus durch die an die Kristallelektroden zugeführte Spannung ausgeglichen
werden. Zu erwähnen ist, daß die Korrektur der Phasenanpassung durch elektrische
Spannung
schnell erfolgen kann und daher sehr gut geeignet ist,
die Ausgangsleistung zu stabilisieren.
-
Eine Phasenanpassung über einen besonders weiten Frequenzbereich kann
unter Umständen nicht mit einer einzigen Kristallart erreicht werden. Aus diesem
Grund wird der nichtlineare Kristall vorzugsweise leicht auswechselbar in einem
Kristallaufnahmeblock in der Baueinheit angeordnet. In den Figuren 3a und 3b sind
Einzelheiten des Kristallaufnahmeblokkes 12 dargestellt, Um eine leichte Austauschbarkeit
des Xristalls 13 zu ermöglichen, ist er aus 4 miteinander verschraubbaren Teilen
12 a bis 12d aufgebaut. Zur Verhinderung der Korrosion und wegen der guten Wärmeleitung
sind die Teile vorzugsweise aus vergoldetem Kupfer angefertigt. Der Kristall 13
wird durch handelsübliche Wärmeleitpaste, z.B. Dow Corning silicone heat sink compound
340, ion dem Block festgehalten. Dies hat sich als ausreichend erwiesen, Die Wärmeleitpaste
sorgt darüberhinaus vor allem für einen guten Wärmekontakt zwischen dem Kristall
13 und dem Kristallaufnahmeblock 12.
-
Die optische Achse für das Lichtbündel ist mit 34 gekennzeichnet.
-
Die erfindungsgemäße Anordnung kann in den Strahlengang außerhalb
eines Laserresonators oder im Inneren eines Resonators eingesetzt werden. Insbesondere
bei resonatorinterner Frequenzverdopplung
sind die Verluste für
die Grundwelle möglichst klein zu halten. Die Endflächen des Kristalls 13 sind dazu
so gegen die Kritallängsachse geneigt, daß ein in der Einfalls ebene polarisierter
Grundwellenlichtstrahl unter dem Brewsterwinkel in den Kristall einfällt.bzw. aus
ihm austritt.
-
In Figur 4 ist der Abschluß des Lichtkanals 19 der Baueinhei bei Anordnung
im Strahlengang außerhalb eines Laserresonators (externe Frequenzverdopplung) dargestellt.
Der Lichtkanal des Gehäuses ist mit zwei lichtdurchlässigen Platten 44 und 45, vorzugsweise
aus geschmolzenem Quarz, abgeschlossen. Die Platte 44 ist so angebracht, daß ein
einfallender linear polarisierter Grundwellenstrahl 41 die Platte unter dem Brewsterwinkel
durchsetzt, so daß an ihr keine Reflexionsverluste entstehen. Die Platte 45 ist
so angebracht, daß die Oberwelle 42, deren Polarisationsebene senkrecht zu derjenigen
der Grundwelle steht, diese unter dem Brewsterwinkel durchsetzt. Auf diese Weise
verursacht die Platte 45 keine Reflexionsverluste für die Oberwelle.
-
Anhand der Figuren 5a, 5b, 6a und 6b soll eine Anwendung der erfindungsgemäßen
Anordnung innerhalb eines Laserresonators (resonatorinterne Frequenzverdopplung)
erläutert werden. In Figur 5a ist schematisch ein Grundwellenresonator mit einer
resonatorinternen Linse 54 dargestellt. 51 ist das verstärkende
Medium
für die Grundwelle, z,B. ein Argonlaer. 52 und 53 sind Resonatorspiegel, die für
die Grundwelle hochreflektierend sind, 52 ist vorzugsweise ein Planspiegel, 53 vorzugsweise
ein Hohlspiegel. Die Linse 54 sorgt für eine optimale Fokussierung der Grundwelle
in den nichtlinearen Kristall 55. Die Oberwelle wird z.B. durch den Spiegel 53,
der für diese durchlässig ist, ausgekoppelt. Sie kann jedoch auch mittels eines
in den Resonator eingebauten vorzugsweise aus Quarz bestehenden Dispersionsprismas
aus diesem ausgekoppelt werden.
-
Figur 5b zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung,
die besonders vorteilhaft im Innern eines zuvor beschriebenen Laserresonators eingesetzt
werden kann.
-
Die Linse 54 ist in einer ustiervorrichtung 56 gehaltert.
-
Mit ihr kann die optische Achse der Linse 54 exakt einjustiert werden.
Das den nichtlinearen Kristall 13 aufnehmende Gehäuse 513 ist mit der Justiervorrichtung
56 über ein teleskopartiges Rohrsystem 58 und 514 und einen elastischen Bronzeschlauch
57 verbunden. 512 ist eine Muffe mit Dichtring, Auf diese Weise kann der Abstand
zwischen der Linse 54 und der Mitte des Kristalls 13 so variiert werden, daß der
Fokus in der Kristallmitte liegt (optimale Anpassung). Der Lichtkanal des Gehäuses
513 ist in diesem Fall bis zu der Justiervorrichting 56 verlän-l, gert und dort
mit der Linse 54 abgeschlossen. Der Resonatorspiegel 53 ist in einer Spiegelfassung
515 gehalten, die mit
einem elastischen Bronzeschlauch 59 direkt
mit dem Lichtkanal des Verdopplergehäuses verbunden ist. Somit ist der.Lichtkanal
in diesem Fall mit dem Laser spiegel abgeschlossen. Die Laserspiegelfassung steckt
in einem Rohr einer an das Verdoppler.
-
gehäuse angeflanschten Spiegeljustiervorrichtung >,1 und kann somit
justiert werden. Ein Rohr 510 mit Gewinde erlaubt, den + Abstand Spiegel-Kristallmitte
zur Optimierung um ca, - 5mm zu verändern.
-
Unter Bezug auf Figur 6 wid ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung
erläutert, das besonders gut für einen Laserresonator mit gefaltetem Strahlengang
geeignet ist. In Figur 6a ist schematisch ein gefalteter Laserresonator mit einer
Einrichtung zur resonatorinternen Frequenzverdopplung dargestellt.
-
61 ist das verstärkende Medium für die Grundwelle, z.B. ein Argonlaser,
62, 63 und 64 sind Resonatorspiegel, die für die Grundwelle hoch reflektierend sind.
62 ist ein Planspiegel, 63 und 64 sind Hohlspiegel, die die Grundwelle optimal in
den nichtlinearen Kristall 65 fokussieren, Die weitere Beschreibung des Ausführungsbeispiels
bezieht sich auf Figur 6b.
-
Eine Justierung des gefalteten Resonatoraufbaus nach Figur 6a wird
erheblich dadurch vereinfacht, daß die Halterung des den
Strahlengang
jeweils in den anderen Schenkel des Resonators umlenkenden Spiegels 63 fest mit
dem den nichtlinearen Kristall aufnehmenden Gehäuse 615 verbunden ist. Der Resonatorspiegel
63 ist in der justierbaren Halterung 69 untergebracht, Diese ist über ein teleskopartiges
Rohrsystem 66, 67, das eine optimale Anpassung des Abstandes Spiegel 63-Gehäuse
615 ermöglicht und das mit einer Muffe mit Dichtring abgedichtet ist, mit dem Gehäuse
verbunden. Die Halterung 69 besitzt ein zweites Rohr 610, das mit einer lichtdurchlässigen,
vorzugsweise aus Quarz bestehenden Platte, so abgeschlossen ist, daß die Grundwelle
616 diese unter dem Brewsterwinkel durchsetzt und somit keine Reflexionsverluste
entstehen. Die lichtdurchlässige Platte kann auch entfallen,wenn das Rohr 610 an
der Justiervorrichtung 69 bis zum Laser 6i (Figur 6a) verlängert und dort direkt
mit dem Laserrohr mit einem elastischen Rohrstück verbunden wird. Der LaserQspiegel
64 wird auf dieselbe Weise wie in Bezug auf Figur 5b beschrieben am Gehäuse für
den nichtlinearen Kristall untergebracht. 611 ist die Spiegelfassung, 612 ein elastisches
Bronzerohr, 613 eine Spiegeljuein stiervorrichtung und 6147Nohrstück mit Gewinde
zur Abstandsänderung des Spiegels 64 Die Oberwelle kann in dieser Anordnung sowohl
am Spiegel 63 als auch am Spiegel 64 aus dem Resonator ausgekoppelt werden, wenn
diese so ausgelegt sind, daß sie für die Oberwellen durch.
-
lässig sind. Reflektiert der Spiegel 64 die Oberwelle und ist der
Spiegel 63 für die Oberwelle durchlässig, so kann mit dieser Anordnung bei geeigneter
Phasenlage der reflektierten Oberwelle zur -Grundwelle der Umwandlungswirkungsgrad
PSH/Pf, wobei PSH die im Kristall erzeugte Oberwelle in einer Richtung und Pf die
Grundwellenleistung in einer Richtung ist, um mafinal den Faktor 4 verbessert werden.
-
Ein besonderer Vorteil der anhand der Figur 6b beschriebenen Anordnung
ist, daß der Spiegelabstand des Spiegels 64 vom Kristahl ende durch Verlängern oder
Verkürzen des elastischen Rohres 612 eingestellt werden kann. Damit kann durch Ein-
oder Ausdrehen des Rohres 614 die Phasenlage zwischen der am Spiegel 64 reflektierten
Grund- und Oberwelle, die von der Dispersion der Luft und dem Spiegelabstand vom
Kristallende abhängt, optimal eingestellt werden.
-
Sowohl in der in Figur 5b als auch 6b beschriebenen Anordnung kann
die Spiegelåustiervorrichtung für den Spiegel 53 bzw. 64 auch vom Verdopplergehäuse
getrennt angeordnet werden.
-
In allen vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen ist eine Justiervorrichtung
vorgesehen, mit welcher das den nichtlinearen
Kristall aufnehmende
Gehäuse horizontal, quer zur optischen Achse und vertikal, quer zur optischen Achse
verschoben werden kann. Dies erleichtert die Justierung des Kristalls relativ zum
Grundwellenstrahl, sowohl bei resonatorexterner als auch bei resonatorinterner Anordnung.
Ein weiterer Vorteil ist, daß mit dieser Justiermöglichkeit evtl, kleinen Beschädigungen
(Kratzer, Kratzer, Schmutzteilchen) auf den polierten Oberflächen oder auch örtlichen
Defekten innerhalb des Kristalls ausgewichen werden kann. Bei resonatorinterner
Anordnung kann diese Justiermöglichkeit auch die Justierung des Gesamtresonators
erleichtern, da der im Gehäuse untergebrachte Resonatorspiegel mitbewegt wird.
-
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde die Anwendwngsmöglichkeit
der Anordnung zur Frequenzvervielfachung von optischer Strahlung erwähnt. Die Anordnung
ist Jedoch gleichermaßen auch zur Frequenzzischung von zwei Laserlichtwellen der
Frequenzen <0 und w2 in nichtlinearen Kristallen, in welchen 90°-Phasenanpassung
zwischen den Lichtwellen der Frequenzen wl, w2 und der durch Frequenzmischung entstehenden
Summenfrequenz w3 = w2 + w1, möglich ist, geeignet. Als Beispiel sei die Frequenzmischung
der beiden Argonlaser-Strahlungen der Wellenlänge 514,5 nm und 488,0nm mit ADP genannt.
-
Weiter kann die Anordnung entsprechend in parametrischen Oszillatoren
eingesetzt werden.