DE4429898C1 - Optischer parametrischer Oszillator - Google Patents
Optischer parametrischer OszillatorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen abstimmbaren, schmalbandigen optischen
parametrischen Oszillator mit einem nichtlinearen optischen Kristall, der in einem
optischen Resonator angeordnet ist, einer Vorrichtung zum Ein
koppeln von pulsförmigen Pumpstrahlen in den optischen nichtlinearen Kristall, einer wellenlängen
selektiven Einrichtung und mit einer Vorrichtung zum Auskoppeln
der Strahlung aus dem Resonator.
Ein solcher optischer parametrischer Oszillator (OPO) ist aus der
DE 42 19 169 A1 bekannt.
Ganz allgemein sind abstimmbare optische parametrische Oszilla
toren (OPO) seit mehr als 25 Jahren bekannt (J. A. Giordmaine,
R. C. Miller, Phys. Rev. Lett. 14 (1965), S.n 973-976. Zum Stand der
Technik wird auch auf die US-Patente 5,053,641 und 5,047,668
verwiesen.
Zu abstimmbaren schmalbandigen optischen parametrischen Oszil
latoren wird auf folgende Literaturstelle verwiesen: A. Fix, T.
Schröder, R. Wallenstein, J. G. Haub, M. J. Johnson, B. J. Orr,
J. Opt. Soc. Am. B., Vol. 10, No. 9, Sept. 1993,
S.n 1744-1750.
Der oben genannte Stand der Technik gemäß der DE 42 19 169 A1
beschreibt eine Laseranordnung zur Erzeugung abstimmbarer,
schmalbandiger kohärenter Strahlung mit ersten und zweiten
optischen parametrischen Oszillatoren. Dabei wird die spektrale
Bandbreite der Ausgangsstrahlung eines der beiden optischen
parametrischen Oszillatoren mittels einer wellenlängenselekti
ven Einrichtung reduziert und danach in den anderen optischen
parametrischen Oszillator als sogenannte Injektions-Anregungs
strahlung (Seed-Strahlung) eingegeben.
Bei dieser bekannten Laseranordnung erfolgt die Erzeugung der
schmalbandigen Seed-Strahlung und die Verstärkung dieser Strah
lung in zwei voneinander räumlich getrennten Oszillatoren. Das
hat zur Folge, daß bei der Abstimmung der Wellenlänge verschie
dene Baugruppen synchron justiert werden müssen.
Die US 4 575 645 beschreibt einen Raman-Oszillator, bei dem
eine Pumpstrahlung in zwei Teilstrahlen mit Hilfe eines Strah
lenteilers zerlegt wird. In dieser Anordnung ist aber keine
wellenlängenselektive Einrichtung vorgesehen.
Die DE 41 38 843 A1 beschreibt einen optischen parametrischen
Oszillator
zur parametrischen Erzeugung von Licht im mittleren infraroten
Spektralbereich in KNbO₃.
Die US 5 323 260 beschreibt eine Verzögerungseinrichtung für
pulsförmige Laserstrahlung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen abstimmbaren
schmalbandigen OPO derart weiterzubilden, daß bei möglichst
geringem baulichen Aufwand die Handhabung und insbesondere die
Justierung des optischen parametrischen Oszillators möglichst
einfach ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein
Pumpimpuls mittels zumindest eines Stahlteilers in mindestens
zwei Teilimpulse zerlegt und eine Verzögerung zwischen den
Teilimpulsen so eingestellt wird, daß ein erster Teilimpuls den
nichtlinearen optischen Kristall pumpt und die
dabei erzeugte Strahlung mittels der wellenlängenselektiven
Einrichtung schmalbandig selektiert und zum nichtlinearen optischen Kristall zurückge
führt wird und diesen dann erneut durchläuft, wenn ein anderer
Teilimpuls den nichtlinearen optischen Kristall pumpt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die
wellenlängenselektive Einrichtung zum Resonator des OPO angeord
net.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
übrigen abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Mit Hilfe der Erfindung wird also ein einziger nichtlinearer
optischer Kristall sowohl zur Erzeugung der Seed-Strahlung als
auch zur nachfolgenden Verstärkung der schmalbandigen Strahlung
verwendet, wodurch sich nicht nur der Aufbau des OPO verein
facht, sondern auch seine Handhabung und insbesondere die
Wellenlängenjustierung erheblich vereinfacht ist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele optischer parametri
scher Oszillatoren anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es
zeigt:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines abstimmbaren,
schmalbandigen optischen parametrischen Oszillators;
und
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines abstimmbaren,
schmalbandigen optischen parametrischen Oszillators.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird gepulste Pumpstrah
lung 1 auf einen dichroitischen Teilerspiegel DM1 gerichtet und
dort in zwei Teilpulse zerlegt. Ein erster Teilpuls 1 läuft
geradeaus weiter und pumpt den optischen parametrischen Oszil
lator (OPO), der gebildet ist durch einen nichtlinearen optischen Kristall C und
Resonatorspiegel M3, M4. Die dabei erzeugte breitbandige Strah
lung wird mittels des Spiegels M4 aus dem Resonator ausgekop
pelt und passiert dann eine wellenlängenselektive Einrichtung
(beim dargestellten Ausführungsbeispiel z. B. ein Prismenauf
weiter T und ein Gitter G in Littrow- oder Littmann-Anordnung).
Nach Durchlaufen der wellenselektiven Einrichtung ist die
Strahlung schmalbandig, und die schmalbandige Strahlung wird in
den OPO-Resonator (Spiegel M3, M4) zurückgekoppelt. Die Rück
kopplung erfolgt beim dargestellten Ausführungsbeispiel über
ein Raumfilter RF, beispielsweise zwei spiegelsymmetrisch
angeordnete Keilplatten, die räumlich die Breitbandstrahlung
von der schmalbandigen Strahlung trennen. Die rückgekoppelte
schmalbandige Strahlung durchläuft den nichtlinearen optischen Kristall C erneut, und
zwar genau dann, wenn der zweite Teilimpuls 2 der Pumpstrahlung
ebenfalls den nichtlinearen optischen Kristall C pumpt. Hierzu durchläuft der zweite
Teilpuls 2 eine Verzögerungsstrecke vom Strahlteiler DM1 zu
einem ersten Spiegel M1, wonach er eine längere Verzögerungs
strecke, die durch das Kästchen "D" (Delay) angedeutet ist,
durchläuft und über einen zweiten Spiegel M2 zu einem di
chroitischen Spiegel DM2 reflektiert wird, der dann den zweiten
Teilimpuls über den Spiegel M4 in den Resonator und den Kri
stall C einkoppelt.
Die Verzögerungsstrecke "D" ist also so bemessen, daß der
zweite, den nichtlinearen optischen Kristall pumpende Teilimpuls zeitlich so gesteuert
am nichtlinearen optischen Kristall C ankommt, daß er den nichtlinearen optischen Kristall so pumpt, daß der
andere, schmalbandige, von der wellenlängenselektiven Einrich
tung zum nichtlinearen optischen Kristall C zurückkehrende Teilimpuls im nichtlinearen optischen Kristall ver
stärkt wird.
Die auf diese Weise verstärkte schmalbandige Strahlung 3 wird
über den Spiegel M3 und den dichroitischen Spiegel DM1 ausge
koppelt und durch eine Blende B von der ebenfalls erzeugten
breitbandigen Strahlung getrennt.
In Abweichung des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels
können als wellenlängenselektive Einrichtung auch mehrere
Etalons, eine Kombination aus einem Gitter und einem oder
mehreren Etalons oder auch Prismen eingesetzt werden.
Fig. 2 zeigt ein abgewandeltes Beispiel eines optischen para
metrischen Oszillators. Die pulsförmige Pumpstrahlung fällt auf
einen Strahlteiler BS1 und wird dort in zwei Teile zerlegt. Ein
erster Teilimpuls 1 wird über einen Strahlteiler BS2 zum nichtli
nearen optischen Kristall C geführt. Der optische parametrische Oszillator
wird bei diesem Ausführungsbeispiel gebildet durch den nichtlinearen optischen Kristall
C und die Resonatorspiele M2′, M3′. Die durch den Teilimpuls 1
erzeugte breitbandige Strahlung wird mittels des Spiegels M3′
ausgekoppelt und durchläuft eine wellenlängenselektive Einrich
tung, z. B. einen Prismenaufweiter T und ein Gitter G. Die so
erzeugte schmalbandige Strahlung wird wieder zurück zum OPO-
Resonator geführt, gegebenenfalls über ein Raumfilter RF. Zum
Beispiel kann es sich beim Raumfilter RF zum zwei spiegelsymme
trisch angeordnete Teilplatten handeln, die räumlich die
Breitbandstrahlung von der schmalbandigen Strahlung trennen.
Die zurückgeführte schmalbandige Strahlung durchläuft den nichtlinearen optischen
Kristall C erneut, und zwar zeitlich genau dann, wenn der
zweite Teilimpuls 2, welcher den Strahlteiler BS1 geradlinig
durchlaufen hat, nach Durchlaufen einer Verzögerungsstrecke D
und Umlenkung am Spiegel M1 über einen Strahlteiler BS3 in den nichtlinearen optischen
Kristall C zurückgeführt wird und den nichtlinearen optischen Kristall pumpt.
Die auf diese Weise verstärkte schmalbandige Strahlung 3 wird
über den OPO-Resonatorspiegel M2′ ausgekoppelt. Mittels einer
Blende B wird die schmalbandige Strahlung 3 von der breitbandi
gen Strahlung getrennt.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann die wellenlängenselek
tive Einrichtung z. B. ein oder mehrere Etalons, eine Kombina
tion aus Gitter und einem oder mehreren Etalons oder auch
Prismen aufweisen.
Claims (12)
1. Abstimmbarer, schmalbandiger optischer parametrischer
Oszillator mit einem nichtlinearen optischen Kristall (C), der
in einem optischen Resonator (M3, M4; M2′, M3′) angeordnet ist,
einer Vorrichtung (DM1, M1, D, M2, DM2; BS1, D, M1, BS3, BS2)
zum Einkoppeln von pulsförmigen Pumpstrahlen in den nichtlinearen optischen Kristall,
einer wellenlängenselektiven Einrichtung (RF, T, G) und mit
einer Vorrichtung (M3, DM1; B; M2, B) zum Auskoppeln der
Strahlung aus dem Resonator (M3, M4; M2′, M3′),
dadurch gekennzeichnet, daß ein Pumpimpuls
mittels zumindest eines Strahlteilers (DM1; BS1) in mindestens
zwei Teilimpulse zerlegt und eine Verzögerung (D) zwischen den
Teilimpulsen so eingestellt wird, daß ein erster Teilimpuls den
nichtlinearen optischen Kristall (C) pumpt und
die dabei erzeugte Strahlung mittels der wellenlängenselektiven
Einrichtung (RF, T, G) schmalbandig selektiert und zum nichtlinearen optischen Kristall
(C) zurückgeführt wird und diesen dann erneut durchläuft, wenn
ein anderer Teilimpuls den nichtlinearen optischen Kristall (C) pumpt.
2. Optischer parametrischer Oszillator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die wellenlängen
selektive Einrichtung (RF, T, G) außerhalb des Resonators (M3,
M4; M2′, M3′) angeordnet ist.
3. Optischer parametrischer Oszillator gemäß einem der
Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die wellen
längenselektive Einrichtung zumindest ein Gitter (G), ein
Prisma (T) und ein Etalon aufweist.
4. Optischer parametrischer Oszillator gemäß einem der
vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die wellen
längenselektierte, in den nichtlinearen optischen Kristall zurückgekoppelte Strahlung
im Bereich der Signalwellenlängen des optischen parametrischen
Oszillators liegt.
5. Optischer parametrischer Oszillator gemäß einem der
Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die in den nichtlinearen optischen
Kristall (C) zurückgekoppelte selektierte Strahlung im Bereich
der Idlerwellenlänge liegt.
6. Optischer parametrischer Oszillator gemäß einem der vor
hergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung
(DM1, M1, D, M2, DM2) zum Einkoppeln des pumpenden Teilimpulses außerhalb
des Resonators (M3, M4) angeordnet ist.
7. Optischer parametrischer Oszillator nach einem der An
sprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung
(BS1, D, M1, BS3, BS2) zum Einkoppeln des pumpenden Teilimpulses teil
weise (BS3) innerhalb des Resonators (M2′; M3′) angeordnet ist.
8. Optischer parametrischer Oszillator nach einem der vorher
gehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei
den nichtlinearen optischen Kristall (C) pumpende Teilimpulse den nichtlinearen optischen Kristall in gleicher
Richtung durchlaufen.
9. Optischer parametrischer Oszillator nach einem der An
sprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei
den nichtlinearen optischen Kristall pumpende Teilimpulse den nichtlinearen optischen Kristall in entgegen
gesetzter Richtung durchlaufen.
10. Optischer parametrischer Oszillator nach einem der vorher
gehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung
zum Einkoppeln von pumpenden Teilimpulsen ein Teleskop zur
unabhängigen Einstellung des Pumpstrahldurchmessers im nichtlinearen optischen Kristall
(C) enthält.
11. Optischer parametrischer Oszillator nach einem der vorher
gehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sich innerhalb
des Resonators eine (M3, M4; M2′, M3′) nichtlineare optische
Vorrichtung zur "Walk-Off"-Kompensation befindet.
12. Optischer parametrischer Oszillator nach einem der An
sprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem
Resonator (M3, M4; M2′, M3′) und der
wellenlängenselektiven Einrichtung (RF, T, G) eine Vorrichtung für die
"Walk-Off"-Kompensation angeordnet ist.
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