SE468453B - Anordning i form av koherent ljuskaella baserad paa frekvenskonvertering av ljuset fraan lasrar - Google Patents
Anordning i form av koherent ljuskaella baserad paa frekvenskonvertering av ljuset fraan lasrarInfo
- Publication number
- SE468453B SE468453B SE9000504A SE9000504A SE468453B SE 468453 B SE468453 B SE 468453B SE 9000504 A SE9000504 A SE 9000504A SE 9000504 A SE9000504 A SE 9000504A SE 468453 B SE468453 B SE 468453B
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- waveguide
- frequency
- light
- lasers
- wavelengths
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
- G02F1/3534—Three-wave interaction, e.g. sum-difference frequency generation
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
- G02F1/3532—Arrangements of plural nonlinear devices for generating multi-colour light beams, e.g. arrangements of SHG, SFG, OPO devices for generating RGB light beams
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Lasers (AREA)
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)
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
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE9000504A SE468453B (sv) | 1990-02-12 | 1990-02-12 | Anordning i form av koherent ljuskaella baserad paa frekvenskonvertering av ljuset fraan lasrar |
AU72409/91A AU7240991A (en) | 1990-02-12 | 1991-02-12 | Light source |
PCT/SE1991/000095 WO1991012556A1 (en) | 1990-02-12 | 1991-02-12 | Light source |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE9000504A SE468453B (sv) | 1990-02-12 | 1990-02-12 | Anordning i form av koherent ljuskaella baserad paa frekvenskonvertering av ljuset fraan lasrar |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE9000504D0 SE9000504D0 (sv) | 1990-02-12 |
SE9000504L SE9000504L (sv) | 1991-08-13 |
SE468453B true SE468453B (sv) | 1993-01-18 |
Family
ID=20378538
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE9000504A SE468453B (sv) | 1990-02-12 | 1990-02-12 | Anordning i form av koherent ljuskaella baserad paa frekvenskonvertering av ljuset fraan lasrar |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
AU (1) | AU7240991A (sv) |
SE (1) | SE468453B (sv) |
WO (1) | WO1991012556A1 (sv) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4342783A1 (de) * | 1993-12-15 | 1995-06-22 | Laser Lab Goettingen Ev | Frequenzkonversion am Auskoppelende von Lichtwellenleitern |
DE19549395A1 (de) * | 1995-02-07 | 1996-10-31 | Ldt Gmbh & Co | Bilderzeugungssysteme zur Bestimmung von Sehfehlern an Probanden und für deren Therapie |
DE19504047C1 (de) * | 1995-02-08 | 1996-07-25 | Daimler Benz Ag | Lasersystem für Farbbildprojektion |
DE19904372C2 (de) | 1999-02-03 | 2002-08-01 | Schneider Laser Technologies | Bilddarstellungssystem |
US7065035B1 (en) | 1999-10-25 | 2006-06-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical multilayer disk, multiwavelength light source, and optical system using them |
WO2022058969A1 (en) * | 2020-09-20 | 2022-03-24 | Uvl A/S | Method to generate coherent ultraviolet radiation from laser beams |
DK181086B1 (en) * | 2021-04-23 | 2022-12-07 | Uvl As | Electromagnetic radiation frequency converter and light source comprising same |
DE102022126118A1 (de) * | 2022-10-10 | 2024-04-11 | Q.ant GmbH | Laserlichtquelle mit einer Halbleitervorrichtung |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4869579A (en) * | 1986-07-31 | 1989-09-26 | Technion Research & Development Foundation | Optical apparatus and method for beam coupling useful in light beam steering and spatial light modulation |
-
1990
- 1990-02-12 SE SE9000504A patent/SE468453B/sv not_active Application Discontinuation
-
1991
- 1991-02-12 AU AU72409/91A patent/AU7240991A/en not_active Abandoned
- 1991-02-12 WO PCT/SE1991/000095 patent/WO1991012556A1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO1991012556A1 (en) | 1991-08-22 |
SE9000504D0 (sv) | 1990-02-12 |
SE9000504L (sv) | 1991-08-13 |
AU7240991A (en) | 1991-09-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Murata et al. | Optical pulse generation by electrooptic-modulation method and its application to integrated ultrashort pulse generators | |
US8340486B1 (en) | Effective χ2 on the basis of electric biasing of χ3 materials | |
US20090231686A1 (en) | Multi-functional integrated optical waveguides | |
US9989788B2 (en) | Polarization independent electro-optically induced waveguide | |
US5317666A (en) | Waveguide nonlinear optical frequency converter with integral modulation and optimization means | |
EP2239620B1 (en) | Optical pulse generator | |
EP2283393A1 (en) | Wavelength converting device, laser, and method to stabilize the wavelength conversion efficiency | |
Ding et al. | On-chip solc-type polarization control and wavelength filtering utilizing periodically poled lithium niobate on insulator ridge waveguide | |
Notaros et al. | Integrated visible-light liquid-crystal phase modulator | |
US20210223657A1 (en) | Active photonic networks on integrated lithium niobate platforms | |
SE468453B (sv) | Anordning i form av koherent ljuskaella baserad paa frekvenskonvertering av ljuset fraan lasrar | |
Guo et al. | LNOI photonic wire switch based on phase transition material | |
US7725037B2 (en) | Optical switch based on parametric interaction | |
KR100749871B1 (ko) | 광도파로와 광변조 전극이 융합된 파장가변기 | |
Yang et al. | Switching behavior engineerable, electro-optic directional couplers in aperiodic optical superlattice waveguides | |
WO2024020809A1 (en) | An optical device and method for tuning optical splitting based on electric poling | |
Yakar et al. | Backward Second-Harmonic Generation in Optically Poled Silicon Nitride Waveguides | |
Huang et al. | Electro-optical tuning of phase matching wavelength in Lithium Niobate on Insulator (LNOI) | |
Al-Anbagi et al. | Enhancement the Performance of 2X2 MZI Electro Optical Switch based on Lithium Tantalate LiTaO | |
Mao et al. | A strong electro-optically active ferroelectric thin-film integrated on silicon | |
Généreux et al. | Widely tunable SHG in a PPLN using a low voltage | |
CN116300245A (zh) | 一种基于铌酸锂脊型波导的光学频率上转换器 | |
Yu et al. | Theory about coupled wave equations of acousto-electro-optic effect | |
Cheng | Integrated Sources on Thin-Film Lithium Niobate | |
Camacho Gonzalez | Hybrid Integration of Second-and Third-order Highly Nonlinear Waveguides on Silicon Substrates |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NAV | Patent application has lapsed |
Ref document number: 9000504-2 Effective date: 19930901 Format of ref document f/p: F |