SE468453B - Anordning i form av koherent ljuskaella baserad paa frekvenskonvertering av ljuset fraan lasrar - Google Patents

Description

en s.k. kanalvågledare, kan en fokuserad laserstråle hållas begränsad till en liten tvärsnittsyta (och därmed hög intensitet) över stora längder utan att diffrangera.

Detta innebär att man i en vågledare i ett bra optiskt 5 icke-linjärt material kan få god verkningsgrad även för lasrar med låg effekt. Den för en praktisk tillämpning begränsande faktorn är främst att det s.k. fasmatchnings- villkoret (“phase-matching condition", fasanpassningsvill- koret) måste vara uppfyllt.

Litiumniobat (LiNb03) är ett material som både har relativt hög icke-linjäritet och i vilket man kan till- verka högkvalitativa långa vågledare (flera cm långa). 10 Det s.k. fasmatchningsvillkoret, som måste uppfyllas, för att en effektiv våglängdskonvertering ska kunna åstad- l5 kommas, kan för frekvensblandning (summa- eller skillnads- frekvensgenerering) skrivas: k» = k; i k; (10) 2 N' 2 N' 2 N eller ekvivalent: n 264” = “Mål “Mä-z (lb) I 1 1 med. _ i - ä: i i; (2) 20 där Ä1 och Ia är de båda pumpvåglängderna (X,SÄ,), medan Å, är den genererade våglängden, varvid plustecknen svarar mot summafrekvensgenerering och minustecknen mot skillnadsfrekvensgenerering. AQIU Dflßz och Aflm, är de s.k. effektiva brytningsindexen i vågledaren vid respektive 25 våglängd. I specialfallet frekvensdubbling gäller plus- tecknet samt Ä,=2, och hQm,=PLfi,. Fasmatchning innebär att det genererade ljuset skall utbreda sig med samma fashas- tighet som den drivande icke-linjära polarisationen.

Fashastigheterna bestäms av de effektiva brytningsindexen, 30 och för att fasmatchningsvillkoret ska vara uppfyllt måste brytningsindexen vid de respektive våglängderna uppfylla villkoret enligt ekv (lb). I fallet med frekvensdubbling 10 15 20 25 30 35 468 453 svarar detta mot att det effektiva brytningsindexet är detsamma för både den fundamentala och den frek- vensfördubblade våglängden. Samma ekvationer är giltiga ' vid parametrisk oscillation, förutsatt plustecken och att k, svarar mot pumpvåglängden, varvid Ä., och Ä., motsvarar de genererade våglängderna. Vid degenererad parametrisk oscillation alstras bara en ny våglängd, dvs Ä1=Ä,.

För att åstadkomma fasmatchning i vågledare utnyttjar man i första hand materialets dubbelbrytning, varvid de växelverkande vågorna utbreder sig med olika polarisation.

Vid summafrekvensgenerering i litiumniobat (LiNbO,) har då ljuset vid de båda pumpvâglängderna en polarisation sva- rande mot det ordinära brytningsindexet medan det generer- ade ljuset får extraordinär polarisation. Av dispersion- kurvorna för det ordinära och det extraordinära brytning- sindexet i LiNbO3, schematiskt återgivna i fig l, framgår att det endast är möjligt med frekvensdubbling och summa- frekvensgenerering till våglängder omkring 540 nm. En viss avstämbarhet kan dock fås genom olika val av de båda pumpvâglängderna vid summafrekvensgenerering och genom variation av arbetstemperaturen. I det första fallet utnyttjas olinjäriteten hos dispersionskurvan medan det andra bygger på olika temperaturberoende hos de ordinära resp extraordinära brytningsindexet. Genom dopning av sub- stratmaterialet med t ex MgO eller protonutbyte och design av vågledarna (vilket påverkar vågledardispersionen) kan man också åstadkomma en viss våglängdsförskjutning. Det är känt att vågledare i LiNbO3 är lämpade för såväl frekvens- dubbling, summafrekvensgenerering, skillnadsfrekvens- generering, parametrisk oscillation som parametrisk förstärkning. Dock har så gott som uteslutande gaslasrar och fasta tillståndslasrar använts för sådana experiment.

Det har t.ex. visats att man med ljus ifrån en Nd:YAG- laser (med våglängden 1.064 pm) kan få hög verkningsgrad för frekvensdubbling för relativt låga pumpeffekter i -fx C).

CG 10 15 20 25 30 -F> (fl LN litiumniobatvågledare både i dopat och odopat substratmat- erial. P g a fasmatchningsproblem har dock frekvensdubb- j _ ' ling på detta sätt i litiumniobatvågledare ännu inte tillämpats för halvledarlasrar. É Idag finns tillförlitliga halvledarlasrar tillgängliga huvudsakligen i tre våglängdsområden: omkring 0.8 pm (baserad på GaAs), omkring 1.3 um (baserade på InP) och omkring 1.55 pm (baserade på InP). Ingen av dessa våglängder kan fasmatchas för frekvensdubbling i konven- tionella litiumniobatvàgledare.

Det är däremot känt att man kan frekvensfördubbla ljus ifrån diodlasrar med våglängden Ä = Oß pm i s.k. proton- utbytta LiNbO, vågledare, med det frekvensdubblade ljuset alstrat i form av s k Cerenkov strålning. Då genereras ljuset som en strålningsmod ned i substratet. På det sättet har man lyckats bygga en liten kompakt ljuskälla med våglängden i det synliga området. En nackdelen med denna metod är att den icke-linjära processen inte är lika effektiv som när kopplingen sker mellan två vågledda moder och att det i praktiken krävs att vågledaren har en extremt liten tvärsnittsyta. Det leder till mycket höga ljusintensiteter i vågledaren och tendens till ljusinduc- erade förändringar vilket inverkar manligt på frekvens- dubblingens stabilitet, speciellt vid kontinuerlig pump- ning. Vidare kommer ljuset ut i en kon under vågledaren, så att ljuset blir svårt att kollimera och fokusera.

En annan känd teknik för frekvenskonvertering i vågle- dare är att utnyttja s.k. kvasifasmatchning i periodiskt domänvända vàgledare i t ex LiNbO, eller LiTaO3 (litiumtan- talat). Kvasifasmatchning är en mer generellt användbar fasmatchningsmetod genom att möjligheten att uppnå fasmat- chning här inte är begränsad beroende på dubbelbrytningens storlekt i materialet. Dock är det processtekniskt svårare 10 15 20 25 30 468 453 att realisera den erforderliga vågledarstrukturen. Kvasi- fasmatchande vågledare kan utnyttjas för att frekvens- dubbla t.ex. 0.85 pm och 1.3 pmzs våglängd, till blått respektive rött. Däremot kan kvasifasmatchad frekvensdubb- ling inte användas för att generera grönt ljus p g a brist på halvledarlasrar vid den då erforderliga våglängden.

Det är vidare känt att aktuella icke-linjärt optiska substratmaterial såsom LiNbOg, LiTaO,, KTP (KTiOPO,), KNbO, '(kaliumniobat) etc också har höga elektrooptiska material- koefficienter, varför den elektrooptiska effekten med fördel kan utnyttjas för styrning och modulering av ljuset. Det finns kända metoder för att med olika typer av integrerade optiska komponenter bl.a. dels fast eller styrbart koppla över ljus från en kanalvågledare till en annan dels med modulera ljusets intensitet, fas eller' fashastighet i en kanalvågledare. För reglering och modu- .lation utnyttjas då i allmänhet metalelektroder som arran- geras på kristallytan ovanpå eller intill kanalvågledaren, och till vilka elektriska drivspänningar appliceras. Den aktuella typen av reglering och modulation, som utnyttjar den elektrooptiska effekten, kan göras med låg elektrisk drivspänning och hög modulationsfrekvens, och kräver inga mekaniskt rörliga delar. Det är även känt att många inte- grerade optiska komponenter, styr- och reglerbara sådana likaväl som passiva, är våglängdsselektiva. ' För att realisera en liten halvledarlaserpumpad frek- vensdubblare baserad på konventionella vågledare i LiNbO3 behövs en relativt stark diodlaser vid ~ 1.08 pmzs våglängd. Det är bara denna våglängd (approximativt) för vilken frekvensdubblingen kan fasmatchas i LiNbO¿-vågledare vid rumstemperatur och idag existerar inga sådana lasrar.

Motsvarande begränsning till ett smalt våglängdsintervall för de fundamentala våglängder som i praktiken kan frek- vensdubblas gäller även för vågledare i andra ickelinjära material såsom KNbO3, KTP, LiTaO3, BBQ (B-BaB¿L), LBO 10 15 20 25 30 (LiB¿g), etc. Detta illustrerar huvudproblemet vid frekvenskonvertering som är att på ett så generellt sätt som möjligt lösa fasmatchningsproblemet för att kunna utnyttja tillgängliga laserfrekvenser och ickelinjära material.

Ett bivillkor är att det idag existerar diodlasrar, som är lättillgängliga, singelmod, har lång livslängd och relativt hög uteffekt, huvudsakligen i tre begränsade våglängdsområden: 780-850 nm (baserade på GaAs) samt omkring 1300 och 1550 nm (i de båda senare fallen baserade på InP).

Att kunna integrera ljuskällor av olika våglängder på samma substrat, vore vidare av stort värde vid många tillämpningar såsom displayer, optisk avsökning, optisk registrering, bildgenerering m.m.

För en mängd applikationer är det därutöver ett starkt önskemål att enkelt kunna styra ljuskällans intensitet och/eller välja dess våglängd bland ett antal alternativ eller styra ljuskällans färgbalans, genom att variera de inbördes intensitetsandelarna för ett antal ingående våglängdskomponenter. Ändamålet med den föreliggande uppfinningen är att åstadkomma kompakta ljuskällor, främst i våglängdsområden som inte täcks in av tillgängliga halvledarlasrar, genom att i vågledare åstadkomma effektiv frekvenskonvertering av halvledarlasrar (eller andra kompakta, effektsnåla las- rar), och därvid på ett flexibelt sätt lösa fasmatchnings- problemet så att så många våglängder som möjligt kan gen- -ereras utgående från tillgängliga laservåglängder och tillgängliga icke-linjärt optiska material. Syftet är vidare att möjliggöra generering av fler våglängder från samma anordning (samma substrat) och enkelt med elektriska styrsignaler kunna modifiera ljuskällans egenskaper: välja en utgående våglängd bland ett antal tillgängliga, styra 10 15 20 25 30 den inbördes färgbalansen mellan ett antal i ljuskällan ingående våglängdskomponenter, snabbt variera ljuskäl- lans intensitet etc.

Uppfinningen löser de föreliggande problemen på det sätt som anges i de kännetecknande delarna av de fem bifogade patentkraven. Härvid utgår man från att en fre- kvenskonventering är anordnad att ske i ett optiskt icke- linjärt material såsom LiNbo3, LiTao3, KTP, KTioAso4, KNbO3, BBO, LBO, NYAB eller motsvarande.

Uppfinningen kännetecknas av att två lasrar (halvledar- lasrar eller andra lågeffektslasrar) används för pump- ningen av den icke-linjära frekvensblandningen ( summa-, alternativt skillnadsfrekvensgenerering) i en vågledar- struktur i ett substrat av något av nämnda material, och av att de använda lasrarna har sådana våglängder att fas- matchningsvillkoret är uppfyllt antingen genom utnyttjande av materialets dubbelbrytning i kombination med vågledar- dispersionen eller genom utnyttjande av s.k. kvasifas- matchningsteknik.

Uppfinningen kännetecknas vidare av att samma anord- ning kan ge ljus vid flera olika våglängder, dels genom att vid frekvensblandningen det finns, förutom den nya ge- nererade frekvensen, även de båda ursprungliga pumpfre- kvenserna närvarande, dels för att de båda pumpfrekven- serna också var och en för sig, företrädesvis i separata kanalvågledare, kan frekvensfördubblas eller nedkonverte- ras i frekvens genom parametrisk oscillation (eller speci- ellt degenererad parametrisk oscillation).

Uppfinningen kännetecknas därutöver av möjligheten att kombinera kanalvågledarna där frekvenskonverteringen sker med integrerade optiska komponenter, baserade på känd $> Q\ CD 10 15 20 25 30 35 01 C-J teknik, vilka kan vara våglängdsselektiva och företrädes- vis elektrooptiskt styrbara, för att finavstämma fasmat- chningen och koppla ljuset in i, ut ur och mellan 5 kanalvågledarna, på ett sådant sätt att det med elek- triska styrsignaler går att variera ljuskällans egenskaper (alternativt går att designa/konstruera anordningen för vissa förutbestämda egenskaper) i en eller flera av främst följande avseenden: välja en utgående våglängd bland ett antal tillgängliga (som utgörs av både pumpvåglängderna och de i anordningen genererade nya våglängderna), variera ljuskällans intensitet, separera och styra strålning av olika tillgängliga våglängder till olika utgående kanalvågledare och variera intensiteten för respektive våglängd, styra samman strålning med olika våglängder till samma eller närliggande utgångar, styra den inbördes intensiteten eller färgbalansen mellan ett antal i ljuskällan ingående våglängdskomponenter. Ett specialfall utgörs av att de integrerade optiska komponenterna desig- nas för fasta, förutbestämda funktioner. _ För fasmatchning baserad på utnyttjande av dubbelbryt- ningen ger material- och vågledardispersion tillsammans med temperaturberoendet för brytningsindexen vid de aktuella våglängderna de våglängder som kan fasmatchas genom formlerna (l) och (2).

Vid kvasifasmatchning gäller fortfarande relationen mellan våglängderna enligt ekv (2). Ekvation X1) behöver däremot inte vara uppfylld utan den "fas-mismatchning" som föreligger kompenseras på känt sätt genom lämpligt val av periodiciteten hos den kvasifasmatchande vågledaren.

Uppfinningen innebär en kombination av olika delmoment, som var och ett i de flesta fall i och för sig svarar mot känd teknik. Denna uppfinning bygger dock samtidigt på en ingående analys, såväl teoretisk som experimentell, för att definiera kombinationer som är av praktiskt intresse, och under vilka villkor de är realistiska. 10 15 20 25 30 35 468 453 Vi har t.ex. genom beräkningar funnit att man kan åstadkomma summafrekvensgenerering mellan GaAs-lasrar och InGaAsP-lasrar vid temperaturer omkring och strax över rumstemperatur i vågledare framställda genom titanindiffu- sion i LiNbO, (i odopad alternativt MgO-dopad form). Med två diodlasrar (vid vanligt förekommande våglängder: ca 0.85 pm resp ca 1.3 pm eller 1.55 pm) och en LiNbOf- vågledare kan man alltså bygga en liten kompakt laserljus- källa med våglängder i det synliga (gröna) våglängdsområdet, vilket är av stort praktiskt intresse. I ett laboratorieexperiment har vi också demonstrerat denna princip genom att blanda strålning från två diodlaser med våglängderna 0.85 pm resp. 1.31 pm i en kanalvågledare framställd i litiumniobat genom titanindiffusion och därvid genererat grönt ljus vid våglängden 0.508 pm. Här utnyttjas materialets dubbelbrytning, i kombination med vågledardispersionen, för att uppfylla fasmatchningsvill- koret. Genom att på detta sätt utnyttja summafrekvens- generering gör alltså uppfinningen det möjligt att dels uppfylla fasmatchningsvillkoret vid en temperatur nära rumstemperatur, med tillgängliga material och halvledar- laservåglängder i fall när fasmatchningsvillkoret för frekvensdubbling av de enskilda tillgängliga las- ervåglängderna inte kan uppfyllas, dels blir det möjligt att generera grönt ljus utgående från halvledarlasrar vilket inte är möjligt genom frekvensdubbling p.g.a. brist på laserdiod vid för detta lämplig våglängd.

Ett annat applikationsexempel är att enligt uppfin- ningen också summafrekvensgenerering kan kombineras med frekvensdubbling av de enskilda ljuskällorna, så att om t ex två infraröda laserdioder används som pumpljuskällor finns på så sätt möjlighet att på samma substrat generera tre olika våglängder i det synliga området. Om två halv- ledarlasrar med våglängder omkring 0.85 resp 1.3 pm används, kan på det sättet tre olika våglängder i det Ü\ OO 10 15 20 25 30 $> U1 04 -10- synliga området genereras: dels blått och rött genom frekvensdubbling av våglängderna 0.85 resp 1.3 pm, dels grönt genom summafrekvensgenerering. Det finns uppenbart många tillämpningar för en sådan kompakt Blå-Grön-Röd ljuskälla.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till de bifogade figurerna 2-15.

Figur 2 visar uppfinningen i ett av dess enklaste utföranden (utförandeform 1). En kanalvàgledare 10 är tillverkad i ytskiktet av ett substrat 1 av ett optiskt ickelinjärt material. Ljus från två laserdioder 20 och 21, sammanföra via linserna 30 resp 31 och en våglängdsselek- tiv stråldelare 32 samt kopplas via en lins 33 in i kanalvågledaren 10 i substratet 1. Det i vågledaren gener- erade ljuset av den nya våglängden passerar ut genom kanalvågledarens ändyta, eventuellt tillsammans med icke omvandlat ljus av de båda pumpvåglängderna. De båda senare våglängderna kan om så önskas tas bort med hjälp av en optisk komponent 34, i form av ett filter eller en polari- sator, vid kanalvågledarens ändyta.

Ljuset från de båda pumpljuskällorna kan på ett flertal sätt sammanföras i den kanalvàgledare där frekvenskonver- teringen sker. Det mest uppenbara sättet bygger på en dikroisk stråldelare 32 som transmitterar den ena våglängden och reflekterar den andra, som redan beskrivits -enligt fig 2. Exempel på andra metoder för att sammanföra ljuset illustreras i fig 3-5. Samtliga figurer 2-5 åskådliggör alltså olika varianter av utförandeform 1 av uppfinningen.

Figur 3 och 4 visar varianter, som bygger på kopplare integrerade i vågledarsubstratet. I fig 3 sammanföras ljuset ifrån de två kanalerna 13 och 14 rent geometriskt via en kopplare 40 (ï-kopplare) in i den gemensam huvudka- nalvågledaren 10. 10 15 20 25 30 35 468 453 _11- I Fig 4 utnyttjas en vàglängdsselektiv kopplare av känd typ med designparametrarna valda så att att ljuset ifrån båda de ingående kanalvågledarna 13 och 14 hamnar i den gemensamma raka huvudvågledaren 10, där den icke-linjära frekvensblandningen sker. Den våglängdsselektiva kopplaren är i figuren illustrerad i form av en riktkopplare (vars växelverkanslängd då är vald för att få överkoppling av ljuset på önskat sätt) men även andra typer av integrer- ade optiska kopplare enligt känd teknik kan utnyttjas (t ex Mach-Zehnder interferometrar, symmetriska och asymmetriska X-switchar, TIR-switchar, BOA-kopplare, tre-vågledar-kopplare, kombination av riktkopplare och Mach-Zehnder-interferometer, Y-switchar, s.k. digitala switchar etc.). För att avstämma överkopplingsgraden i denna kopplare kan man använda sig av den elektrooptiska effekten.

I båda dessa fall kan man montera de två lasrarna strax utanför kristallen och utnyttja mikrolinser för att koppla in ljuset genom kanalvågledarnas ändytor. Alternativt kan direktinkoppling med laserdioderna nära kanalernas ändytor och utan mellanliggande optik användas. Ljuset kan också kopplas in via korta optiska fibrer (s.k. "fiberpig- tails").

Alternativ till filter eller polarisator (34 i fig 2) för att ta bort pumpvåglängderna är en integrerad optisk polarisator/polarisationsabsorbator eller integrerad optisk våglängdsselektiv komponent.

En tredje variant illustrerad i fig 5 bygger på att en fiberoptisk kopplare 51 utnyttjas för att föra samman ljuset från de båda lasrarna 20 och 21 varvid ljuset fràn vardera laserna kopplas in i var sin av de tva ingående fibrerna 52 och 53, och att den gemensamma utgående fibern 54 monteras ("pigtailas") mot LiNbO3 substratet eller ljuset från denna fiber 54 på annat sätt kopplas in i kanalvågledaren. Polarisationstillstàndet måste vara Jä- Gx r~ I 10 15 20 25 30 $> 01 LN _12- välkontrollerat vilket kan kräva användning av polarisa- tionsbevarande fiber. Dessutom bör fibern vara singelmod för båda pumpvåglängderna. De fiberändar i vilka laser- ljuset kopplas in kan förses med s.k. "tapers“ för att optimera inkopplingsverkningsgraden. $om ovan nämnts kan den integrerade kopplaren 41 enligt figur 4 finavstämmas elektrooptiskt, för att åstadkomma den önskade överkopplingen. Denna teknik kan också utnytt- jas för modulation av ljuset. En utförandeform av uppfin- ningen (utförandeform 2) som utnyttjar elektroooptiskt styrda kopplare är illustrerad i figurerna 6-9. Enligt känd teknik förses då de enskilda kopplarna med metall- elektroder, och elektriska spänningar pålagda på dessa påverkar överkopplingen av de två våglängderna. Ett utförande för sådana elektroder är schematiskt illustrerat för kopplaren 42 i figur 6 och kopplarna 42 och 43 i figur 7. Vàgledarstrukturens utförandet i figur 7 ger i förhållande till utförandet i figur 6 bättre möjligheter att oberoende av varandra variera inkopplingsgraden från vardera ljuskällan via de ingående vågledarna 13 resp 14 in i huvudvågledaren 10. Kopplarna/switcharna är illus- trerade i form av s.k. riktkopplare försedda med vardera två metallelektroder 70 och 71 (72 o. 73). För att - underlätta regleringen av funktionen kan elektroderna vara annorlunda utformade, exempelvis uppdelade i flera sek- tioner längs kanalvågledarna. Vidare finns som ovan nämnts ett stort antal alternativa typer av kopplare/switchar.

Den elektrooptiska styrningen är av värde för att minska kraven på tillverkningstoleranserna för kopplaren. Man kan då få den önskade överkopplingen med hjälp av en korrek- tionsspännning trots ett visst tillverkningsier. äopplaren kan också utnyttjas för att modulera det genererade ljuset. Exempelvis kan det genererade ljuset på så sätt pulsas i tiden fastän laserdioderna lyser kontinuerligt. 10 15. 20 25 30 468 453 -13- I en variant av denna andra utföringsform illustrerad i fig 8 och 9, sker sammankopplingen av ljuset från de ingående vågledarna (13 och 15 i figur 8 resp 13 och 14 i figur 9) till huvudvågledaren 10, liksom även utkopplingen av ljus från huvudvågledaren 10 till intilliggande utgående kanalvågledare 80 och 81, via elektrooptiskt styrda integrerade optiska kopplare/modulatorer 42, 43, 44, 45 (som är våglängdsselektiva). Uppfinningen känne- tecknas av att ljuset som då kommer ut ur huvudkanalvågle- darens utgång 85 kan väljas, med hjälp av en elektrisk styrsignal, att bestå av en eller flera av de tre tillgängliga våglängderna (blandningsfrekvensens våglängd och de båda pumpvåglängderna), och vidare av att ljusets amplitud kan moduleras elektriskt. Denna utföringsform medför också att man kan separera de tre tillgängliga våglängderna och erhålla dessa var och en för sig i de tre olika utgående kanalvâgledarna 80, 85 resp 81.

I fall då frekvensgenereringen inte kan fasmatchas med hjälp av dubbelbrytning kan man istället (enligt en tredje utföringsform illustrerad i figur 10 och ll) av uppfin- ningen utnyttja en s.k. kvasifasmatchande vàgledare 90 där denna vågledares periodicitet valts på känt sätt för den önskade frekvensgenereringen. Se fig 10 och 11, som i övrigt är analoga med figur 8 och 9.

En fjärde utföringsform innebär att man kombinerar den beskrivna frekvensblandningen med frekvensdubbling alter- nativt nedkonvertering i frekvens genom (degenererad) parametrisk oscillation av ljuset från var och en av de båda halvledarlasrarna företrädesvis i separata kanalvågledare på samma substrat, varvid i första hand men inte nödvändigtvis kvasifasmatchningsteknik ute; çjas. se fig 12 och 13. Ljuset från de två halvledarlasrarna (inko-8 pplade via de ingående vågledarna 13 resp 14) kan då dels kopplas in i kanalvàgledaren 90 där summa- eller 468 453 10 15 20 25 30 35 _14- skillnadsfrekvensgenerering sker, dels kan ljus från var- dera halvledarlasern, eller en del av dess effekt, kopplas in i en separat vågledarkanal, 91 resp 92, för frekvens- dubbling eller parametrisk oscillation. Om två halvledar- lasrar med våglängder omkring 0.85 resp 1.3 ßm används, kan på det sättet tre olika våglängder i det synliga området genereras: blått och rött genom frekvensdubbling av våglängderna 0.85 resp 1.3 pm, dels grönt genom summa- frekvensgenerering. Vidare illustreras schematiskt i figur 13 och 14 hur de utgående kanalvågledarna 86, 85 och 87 kan föras samman för att tillsammans utgöra en liten ljuskälla i vilken intensiteten för de tre färgerna och balansen dememellan kan regleras elektrooptiskt och med hög hastighet. I fig 13 har de utgående kanalerna enbart att inte sker utan att förts samman relativt nära varandra, och så nödvändigtvis någon överkoppling dememellan var och en av dem ger ut ljus av respektive våglängd och att fjärrfältet för var och en kan påverkas genom design av respektive kanal. I fig 14 har ljuset av de tre våglängderna istället med hjälp av integrerade optiska kopplare 46, 47, 48 och 49 förts samman i en och samma utgående kanal 85, så att man får en enda sann punkt- ljuskälla (gemensam för alla våglängderna) i motsats till varianten i fig 13.

Integrerade optiska komponenter i kombination med ytterligare kanalvågledare kan vidare analogt med i figur 8 utnyttjas för att separera ut icke omvandlade andelar av effekterna vid pumpvåglängderna.

För samtliga utföringsformer av uppfinningen åstad- kommes den exakta fasmatchningen med temperaturavstämning av den ickelinjära kristallen enligt känd teknik (t ex med Peltier-element) eventuellt kompletterat med elektro- optisk finavstämning med hjälp av metallelektroder utefter vågledarens längd. För den undre vågledarkanalen 92 i figur 15 finns ett utförande för sådana elektroder 74 och 10 15 20 25 30 _NYAB (Neodymyttriumaluminiumborat) och CMT 468 453 _15- 75 åskådliggjort. Dessa elektroder kan med fördel delas upp i flera sektioner utefter vàgledarna. Denna typ av elektroder kan även utnyttjas för att indirekt modulera det genererade ljuset. _ Vid tillverkningen av laserdioder får man en viss spridning i våglängden hos lasrarna. För att få den för fasmatchning önskvärda våglängden kan man värma eller kyla laserdioden med kända metoder.

Till de ickelinjära optiska material som är användbara i detta sammanhang hör: LiNbO3, LiNbO3 dopat med t.ex. MgO (MgO:LiNbO,) eller med Nd och MgO (Nd:MgO:LiNbO3), LiTaOy LiIO3, KDP, KTP (KTiOPO,), med KTP isomorfa kristaller' såsom Kfrioaso” vidare; I-:Nboy Bao (ß-Bas,o,), Lso (Lisgos), (kadmiumkvick- silvertellurid). Även organiska kristaller, såsom m-NA, mA, MAP, PoM, MNMA, coANP, NPP, DAN, DANS, PNP), polymera material och halvledarmaterial, t ex GaAs och InP, liksom är aktuella.

För att höja verkningsgraden för frekvenskonverteringen kan man utnyttja vågledarresonatorer. En sådan kan vara av stående vågtyp (Fabry-Perot) eller ringresonatortyp, och är i fallet av (degenererad) parametrisk oscillation nödvändig för funktionen. En Fabry-Perot resonator kan realiseras i form av spegelbeläggningar på vågledarnas ändytor eller i form av gitterreflektorer på vågledarna. I figur 15 är den övre kanalvågledaren 91 utformad som en Fabry-Perot resonator med spegelbeläggningar 60 och 61 på ändytorna. Den undre kanalvågledaren 92 är utförd som en resonator utnyttjande gitterreflektorer 62 och 63 inetsade i vàgledarytan.

För vissa tillämpningar kan det vara läm;l;;: att ansluta en kort optisk fiber till huvudvågledarens utgång för att på ett bekvämt sätt kunna föra ljuset till önskad plats. Ü\ 10 15 20 J> CT! _16- I exemplen ovan på utföranden av uppfinningen har huvudvikten i beskrivningen lagts på konvertering till' *kortare våglängder: främst konvertering till synligt ljus utgående från halvledarlaservåglängder i det nära infraröda området. Som nämnts kan för andra tillämpningar konvertering på analogt sätt och med hjälp av samma typ av komponenter ske mot längre våglängd, exempelvis från de vanliga halvledarlaservåglängderna till längre våglängder i det infraröda området. T ex kan man utgående från våglängderna 0.8 pm och 1.3 pm genom skillnadsfrekvens- generering alstra ljus vid ca 2.1 pm våglängd.

I de detaljerade beskrivningarna ovan har vidare refer- erats till halvledarlasrar som pumpljuskällor. Uppfin- ningen kan givetvis också utnyttjas i kombination med andra koherenta pumpljuskällor. Ett sådant alternativ är s.k. halvledarlaserpumpade fasta tillståndslasrar, som även dessa är relativt små och kompakta. Ett annat alter- nativ är halvledarlaserpumpade fiberlasrar.

I vissa delar av beskrivningen antas begreppet ljus även innefatta för ögat ej synlig infraröd och ultravio- lett strålning.

Claims (4)

468 453 _']'7_ ÉÉÉÉÉÉÉÉÉY

1. Anordning i form av koherent ljuskälla baserad på frekvenskonvertering av ljuset från lasrar, företrädesvis lättillgängliga diodlasrar, i ett optiskt icke-linjärt material såsøm LiNbo3, dopat L1Nbo3, L1Tao3, Li:o3, KDP, KTP, KTiOAs04, KNbO3, BBO, LBO, NYAB, CMT eller liknande material, k ä n n e t e c k n a d av att två lasrar (20, 21) utnyttjas för generering av en ny laserfrekvens genom frekvensblandning (summa- eller skillnadsfrekvens- generering) i en vågledarstruktur (10; 90) i ett substrat (1) av något av nämnda material, och av att de båda lasrarna (20, 21) ger strålning vid våglängder sådana att det s.k. fasmatchningsvillkoret för den optiskt icke- linjära frekvensblandningen är uppfyllt i den nämnda vågledaren (10; 90).

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda vågledare (10; 90) är anordnade på sådant sätt och de båda lasrarna vald så att våglängderna för deras strålning medger att det nämnda fasmatchningsvill- koret kan uppfyllas genom utnyttjande av kristallmate- rialets dubbelbrytning i kombination med vågledar- dispersionen.

3. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att kanalvågledaren där frekvensblandningen sker är utförd i form av en kvasifasmatchande vågledare (90) där vågledarens periodicitet valts på känt sätt för att ge- nom kvasifasmatchning uppfylla det ovan nämnda fas- matchningsvillkoret för frekvensblandningen.

4. Anordning enligt något av kraven 1 - 3, k ä n n e - t e c k n a d av att frekvensblandningen i vågledaren (10; 90) kombineras med frekvenskonvertering av strål- ning från de båda pumpljuskällorna var och en för sig, företrädesvis i separata