DE102008027264A1

DE102008027264A1 - Optisch parametrischer Oszillator

Info

Publication number: DE102008027264A1
Application number: DE102008027264A
Authority: DE
Inventors: Hong Ki Yongin Kim; Bae Kyun Seongnam Kim; June Sik Yongin Park; Dong Hoon Yongin Kang; Sang Su Suwon Hong; Kum Young Ji; Chang Yun Suwon Lee; Tak Gyum Yongin Kim
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2007-06-08
Filing date: 2008-06-06
Publication date: 2008-12-18
Also published as: KR100862518B1; US20080304136A1

Abstract

Es wird ein optisch parametrischer Oszillator vorgesehen, der in der Lage ist, eine Wellenlänge in einen breiteren Bereich zu konvertieren und einen Ausgangsstrahl mit hohem Wirkungsgrad zu erzeugen. Der optisch parametrische Oszillator weist auf: ein optisch nichtlineares Material, das einen von einem Laser gepumpten Strahl optisch parametrisch konvertiert; und optische Eingangs- und Ausgangsvorrichtungen, die einander gegenüberliegen, wobei die optische Eingangs- und Ausgangsvorrichtung den optisch parametrisch konvertierten Strahl zu dem optisch nichtlinearen Material führt, damit er osziliert, wobei die optische Eingangsvorrichtung einen optischen Eingangsspiegel aufweist, der den Pumpstrahl in den Oszillator führt, und wobei die optische Ausgangsvorrichtung eine Mehrzahl optischer Spiegel aufweist, die jeweils den optisch parametrisch konvertierten Strahl nach außerhalb des Oszillators führen, wobei die optischen Ausgangsspiegel Reflektivitäten aufweisen, die sich, bezogen auf die Wellenlänge des optisch parametrisch konvertierten Strahls, voneinander unterscheiden.

Description

Für diese Anmeldung wird die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 2007-56332 , angemeldet am 08. Juni 2007 beim koreanischen Patentamt, beansprucht, deren Offenbarung durch Bezugnahme hier eingeschlossen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen optisch parametrischen Oszillator, der insbesondere in der Lage ist, eine Wellenlänge in einen breiteren Bereich zu konvertieren und einen Ausgabestrahl mit hohem Wirkungsgrad zu erzeugen.
Beschreibung des Stands der Technik
In den letzten Jahren wurden unterschiedliche Arten von Lasern entwickelt, wie beispielsweise Gaslaser unter Verwendung von, zum Beispiel, CO₂ oder HeNe, Festkörperlaser unter Verwendung von, zum Beispiel, Ti:Saphir oder Nd:YAG, Halbleiterlaser unter Verwendung von, zum Beispiel, AlGaAs oder GaN, und Faserlaser unter Verwendung von, zum Beispiel, Er:Faser. Jedoch ist es ein charakteristisches Merkmal, dass derartige Laser keinen Strahl in einem breiten Wellenlängenbereich ausgeben können. Somit wurden als Festkörperlaser zum Konvertieren einer Wellenlänge mehrere Arten von Lasern unter Verwendung von Ionen eines Übergangsmetalls, wie beispielsweise Mn, Co oder Ti als aktives Material, entwickelt. Jedoch konvertieren diese Laser die Wellenlänge in einem eingeschränkten Bereich.
Der Entwicklung derartiger Laser folgte ein dringendes Bedürfnis nach einem Laser zur Konvertierung der Wellenlänge. Der Laser zur Konvertierung der Wellenlänge kann breite Anwendung in dem Bereich von Grundlagenforschung (Laman-Spektroskop) bis zur kommerziellen Verwendung finden, wie beispielsweise medizinische Ausrüstung und Messausrüstung. Das heißt, dass Laseroszillation in allen Wellenlängenbereichen erforderlich ist.
Des Weiteren wurde, angetrieben durch die Entwicklung eines Laser mit hohem Ausgabepuls (Nano- oder Femtosekundenlaser), eine Erzeugung der zweiten Harmonischen (SHG = second harmonic generation) unter Verwendung sekundärer Nichtlinearität eines nichtlinearen Mediums entdeckt. Dies hat zu einer Technologie des Konvertierens der Wellenlänge unter Verwendung von SHG geführt. Dieser SHG-basierte Laser gibt jedoch einen Strahl mit einer Wellenlänge aus, die die Hälfte der Grundwelle beträgt, was eine Begrenzung für die Herstellung eines Wellenlängenlasers darstellt, der in der Lage ist, eine Wellenlänge kontinuierlich zu konvertieren.
Um diesen Nachteil zu überwinden, wurde eine Technologie zur Herstellung eines optisch parametrischen Oszillators (OPO) entwickelt. Diese Technologie weist das Verwenden von Erzeugung der Differenzfrequenz (DFG = Difference Frequency Generation), eines der SHG-Phänomene, auf, um den OPO herzustellen. DFG (Difference Frequency Generation) gibt ein Phänomen an, bei welchem ein Strahl mit hoher Energie auf ein nichtlineares Medium einfällt und in Strahlen mit geringerer Energie geteilt wird, wodurch ermöglicht wird, dass der Laser zur Konvertierung der Wellenlänge kontinuierlich Oszillation ausführt. Zum Beispiel fällt ein Strahl mit einer Wellenlänge von 355 nm, der durch Erzeugung der dritten Harmonischen (THG = third harmonic generation) von einem Nd:YAG-Laser ausgegeben wird, auf einen BaB₂O₄-Kristall ein, und dann werden jeweils Oszillatoren an beiden Enden des Kristalls angeordnet, um das OPO-System herzustellen. Dadurch wird ein Laser hergestellt, der in der Lage ist, kontinuierlich eine Wellenlänge in einen Bereich von 405 nm bis 2000 nm zu konvertieren.
Für den Oszillator des OPO-Systems sind optische Eingangs- und Ausgangsspiegel als Resonatorspiegel erforderlich. Ein Grundstrahl oszilliert, wenn er auf den Oszillator einfällt, zwischen den optischen Spiegeln und wird auf eine vorbestimmte Stärke verstärkt. Somit bestimmen die Reflektivität und das Durchlassvermögen der Eingangs- und Ausgangsspiegel die Leistung des ausgegebenen Strahls. Dadurch wird folglich die Bedeutung einer Beschichtungstechnologie zum Anpassen der Reflektivität eines Pumpstrahls, eines Signalstrahls und eines Idler-Strahls hervorgehoben. Jedoch ist es in dem Fall, dass das OPO-System einen breiten Konvertierungs-Wellenlängenbereich aufweist, zum Beispiel von 400 nm bis 2000 nm, nicht einfach, eine einheitliche Reflektivität der optischen Spiegel über den gesamten Wellenlängenbereich zu gewährleisten.
1 ist eine schematische Konfigurationsansicht, in welcher ein optisch parametrischer Oszillator 20 und ein Laser 10 in einer herkömmlichen Laserapparatur zur Konvertierung der Wellenlänge dargestellt sind. Der optisch parametrische Oszillator 20 weist einen optischen Eingangsspiegel 21, einen optischen Ausgangsspiegel 23 und optisch nichtlineares Material 22, das zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsspiegel angeordnet ist, auf.
Ein Pumpstrahl L1, der von dem Laser 10 gepumpt wird, geht durch den optischen Eingangsspiegel 21 und tritt in das optisch nichtlineare Material 22 ein. Der Pumpstrahl L1 wird durch das optisch nichtlineare Material 22 optisch parametrisch konvertiert. Ein Teil des optisch parametrisch konvertierten Strahls L3 wird durch den optischen Ausgangsspiegel 23 übertragen L4 und der andere Teil des optisch parametrisch konvertierten Strahls L3 wird reflektiert. Der reflektierte Teil L5 des Strahls tritt erneut in das optisch nichtlineare Material 22 ein, wird verstärkt und nach außen geführt L6. Der optische Eingangsspiegel 21 wiederum reflektiert den nach außen geführten Strahl. Dieser Strahl tritt erneut in das optisch nichtlineare Material 22 ein. Durch diese Vorgänge wird der Pumpstrahl L1 in Strahlen mit relativ starker Ausgabe konvertiert, die zwei unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, das heißt, Signalstrahl und Idler-Strahl. Hier werden in dem Oszillator Strahlen mit drei unterschiedlichen Wellenlängen, das heißt, der Pumpstrahl L1, der Signalstrahl und der Idler-Strahl L4, interaktiv in Wellenlängen davon konvertiert. Der Ausgangsstrahl hat eine Intensität, die durch das Durchlassvermögen oder die Reflektivität des optischen Ausgangsspiegels bestimmt wird.
Zu diesem Zeitpunkt ist das Durchlassvermögen umgekehrt proportional zur Reflektivität. Ein bestimmender Faktor dieses Durchlassvermögens oder der Reflektivität ist ein Dünnfilm, der auf eine Oberfläche des optischen Spiegels aufgebracht wird. Jedoch kann der optische Ausgangsspiegel 23 nicht gleichzeitig ein gewünschtes Durchlassvermögen oder eine gewünschte Reflektivität für Strahlen unterschiedlicher Wellenlängen aufweisen. Insbesondere bei einem größeren Bereich der konvertierten Wellenlänge ist es schwieriger, das Durchlassvermögen des Spiegels anzupassen.
2 ist ein Diagramm, in welchem die Reflektivität bezogen auf die Wellenlänge eines Strahls in dem optischen Ausgangsspiegel des herkömmlichen optisch parametrischen Oszillators dargestellt ist. Unter Bezugnahme auf 2 zeigt der Strahl eine Reflektivität von 95% bei einer Wellenlänge von 355 nm, zeigt aber eine niedrige Reflektivität von 10% bei anderen Wellenlängen.
Als Ergebnis bestand ein Erfordernis für die Entwicklung eines optisch parametrischen Oszillators, der in der Lage ist, einen Laserstrahl mit einem breiteren Bereich und einer verwendbaren Stärke auszugeben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optisch parametrischen Oszillator zu schaffen, der in der Lage ist, eine Wellenlänge in einen breiteren Bereich zu konvertieren und einen Ausgangsstrahl mit hohem Wirkungsgrad zu erzeugen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein optisch parametrischer Oszillator vorgesehen, der aufweist: ein optisch nichtlineares Material, das einen von einem Laser gepumpten Strahl optisch parametrisch konvertiert; optische Eingangs- und Ausgangsvorrichtungen, die einander gegenüberliegen, wobei die optischen Eingangs- und Ausgangsvorrichtungen den optisch parametrisch konvertierten Strahl zu dem optisch nichtlinearen Material führen, um zu oszillieren.
Die optische Eingangsvorrichtung kann einen optischen Eingangsspiegel aufweisen, der den Pumpstrahl in den Oszillator führt.
Die optische Ausgangsvorrichtung kann den optisch parametrisch konvertierten Strahl nach außen ausgeben. Die optische Ausgangsvorrichtung kann eine Mehrzahl optischer Ausgangsspiegel aufweisen, die jeweils den optisch parametrisch konvertierten Strahl nach außerhalb des Oszillators führen, wobei die optischen Ausgangsspiegel Reflektivitäten aufweisen, die sich bezogen auf die Wellenlänge des optisch parametrisch konvertierten Strahls voneinander unterscheiden. Wenigstens einer der optischen Ausgangsspiegel kann den optisch parametrisch konvertierten Strahl reflektieren.
Auf jeden der optischen Ausgangsspiegel kann eine dielektrische Schicht aufgebracht sein. Die dielektrische Schicht kann aus einer Mehrzahl dielektrischer Schichten bestehen. Des Weiteren kann auf jeden der optischen Ausgangsspiegel eine Metallschicht aufgebracht sein. Weiterhin kann jeder der optischen Ausgangsspiegel ein Material mit hohem Brechungsvermögen aufweisen, das aus der Gruppe bestehend aus LiNbO₃, LilO₃, AgGaS₂, ZnGeP₂, Te und Glas gewählt ist.
Der optische Eingangsspiegel kann aufweisen: einen ersten optischen Eingangsspiegel, der den Pumpstrahl reflektiert, damit dieser in das optisch nichtlineare Material geführt wird, und den optisch parametrisch konvertierten Strahl übermittelt; und einen zweiten optischen Eingangsspiegel, der den optisch parametrisch konvertierten Strahl, der durch den ersten optischen Eingangsspiegel gegangen ist, reflektiert.
Der erste optische Eingangsspiegel kann ein dichroitischer Spiegel sein. Der erste optische Eingangsspiegel reflektiert den Pumpstrahl von dem Laser, damit dieser in den Oszillator eintritt, was erfordert, dass die Reflektivität bezogen auf den Pumpstrahl so hoch wie möglich ist. Zum Beispiel kann der erste optische Eingangsspiegel eine Reflektivität von wenigstens 95% bezogen auf den Pumpstrahl des Lasers aufweisen.
Die Oberfläche des zweiten optischen Eingangsspiegels kann mit einem Metall beschichtet sein, das aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Silber und Gold gewählt ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich anhand der folgenden genauen Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 eine schematische Konfigurationsansicht ist, in der ein optisch parametrischer Oszillator und ein Laser in einer herkömmlichen Apparatur zur Konvertierung der Wellenlänge dargestellt ist;
2 ein Diagramm ist, in dem die Reflektivität bezogen auf die Wellenlänge des Strahls in einem optischen Ausgangsspiegel eines herkömmlichen optisch parametrischen Oszillators dargestellt ist;
3 eine schematische Konfigurationsansicht ist, in der ein optisch parametrischer Oszillator und ein Laser gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist; und
4 eine schematische Konfigurationsansicht ist, in der ein optisch parametrischer Oszillator gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist, der eine Mehrzahl an optischen Eingangs- und Ausgangsspiegeln und einen Laser aufweist.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun genauer unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Erfindung kann jedoch auf unterschiedliche Weise verkörpert sein und sollte nicht als auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt erachtet werden.
3 ist eine schematische Konfigurationsansicht, in welcher ein optisch parametrischer Oszillator und ein Laser gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dargestellt sind. Der optisch parametrische Oszillator 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein optisch nichtlineares Material 220 und optische Eingangs- und Ausgangsvorrichtungen. Das optisch nichtlineare Material 220 konvertiert optisch parametrisch einen von einem Laser 100 gepumpten Strahl L11. Die optische Eingangs- und Ausgangsvorrichtung liegen einander gegenüber und führen den optisch parametrisch konvertierten Strahl zu dem optisch nichtlinearen Material, damit dieser oszilliert.
Die optische Eingangsvorrichtung weist einen optischen Eingangsspiegel 210 auf, der den Pumpstrahl L11 in den Oszillator 200 führt. Die optische Ausgangsvorrichtung weist eine Mehrzahl an optischen Ausgangsspiegeln 230 und 240 auf, die jeweils den optisch parametrisch konvertierten Strahl L13 nach außerhalb des Oszillators 200 führen. Die optischen Ausgangsspiegel 230 und 240 weisen Reflektivitäten auf, die sich voneinander im Hinblick auf die Wellenlänge des optisch parametrisch konvertierten Strahls unterscheiden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die optische Eingangsvorrichtung als optischer Eingangsspiegel 210 ausgebildet, und die optische Ausgangsvorrichtung ist als Mehrzahl an optischen Ausgangsspiegeln 230 und 240 ausgebildet.
Der Laser 100 erzeugt einen Pumpstrahl L11 einer einzigen Wellenlänge. Der Pumpstrahl L11 des Lasers 100 wird optisch parametrisch in einen Strahl mit einer Wellenlänge, die sich von der Wellenlänge des Pumpstrahls L11 unterscheidet, durch das optisch nichtlineare Material 220 konvertiert. Der optisch parametrisch konvertierte Strahl oszilliert in dem optisch parametrischen Oszillator 200. Somit kann die Laservorrichtung zum Konvertieren der Wellenlänge unter Verwendung des Lasers 100 und des optisch parametrischen Oszillators 200 mit dem optisch nichtlinearen Material 220 und der Mehrzahl an optischen Spiegeln ausgebildet sein.
Der Pumpstrahl L11 fällt auf den optischen Eingangsspiegel 210 ein. Der optische Eingangsspiegel 210 übermittelt den Pumpstrahl L11, der von außen eingegeben wurde, um in den optisch parametrischen Oszillator 200 geführt zu werden. Ebenso reflektiert der optische Eingangsspiegel 210 die Strahlen, die von den optischen Ausgangsspiegeln 230 und 240 reflektiert wurden, das heißt, Strahlen L16, L17 und L18, und lässt diese durch das optisch nichtlineare Material 220, das heißt, Strahlen L18 und L20. Die Strahlen L18 und L20, die von dem optischen Eingangsspiegel 210 reflektiert wurden, breiten sich erneut zum optisch nichtlinearen Material 220 aus und bewegen sich wiederholt in dem optisch parametrischen Oszillator 200, um zu oszillieren. Somit wird der schließlich von dem optisch parametrischen Oszillator 200 ausgegebene Strahl L15 über den optisch parametrisch konvertierten Strahl verstärkt.
Das optisch nichtlineare Material 220 konvertiert optisch parametrisch den Strahl L12, der durch den optischen Eingangsspiegel 210 übermittelt wurde und auf diesen einfällt. Die charakteristischen optisch nichtlinearen Eigenschaften des optisch nichtlinearen Materials 220 werden aufgrund der Veränderung der Polarisationseigenschaften verändert, wenn ein externes elektrisches Feld daran angelegt wird. Diese nichtlinearen Eigenschaften werden in ein optisch lineares Phänomen, ein sekundäres optisch nichtlineares Phänomen und ein tertiäres optisch nichtlineares Phänomen kategorisiert entsprechend einem Term, der zu einem elektrischen Feld in einer nichtlinearen Gleichung gehört, die ein externes elektrisches Feld und Polarisation innerhalb eines Materials definiert.
Von diesen Phänomenen umfasst das Phänomen des sekundären nichtlinearen Strahls das Erzeugen der sekundären harmonischen Welle, Erzeugung der Summenfrequenz und Erzeugung der Differenzfrequenz sowie optisch parametrische Erzeugung. Durch die sekundäre harmonische Welle wird ein Ausgangsstrahl erzeugt, dessen Frequenz das Doppelte der Frequenz des einfallenden Strahls beträgt. Durch die Erzeugung der Summenfrequenz und die Erzeugung der Differenzfrequenz werden jeweils die Summen- und Differenzfrequenz der beiden einfallenden Strahlen erzeugt. Durch die optisch parametrische Erzeugung wird des Weiteren ein einfallender Strahl in Strahlen mit zwei zueinander unterschiedlichen Frequenzen konvertiert.
Der optisch parametrische Oszillator 200 nutzt ein Phänomen, bei welchem ein Strahl mit einer Frequenz optisch parametrisch konvertiert wird, um Strahlen mit zwei zueinander unterschiedlichen Frequenzen zu erzeugen. Bei den Strahlen mit zwei unterschiedlichen Frequenzen wird ein Strahl mit einer höheren Frequenz als Signalstrahl bezeichnet und der andere Strahl mit niedrigerer Frequenz wird als Idler-Strahl bezeichnet. Somit wird der Strahl L12, der durch den optischen Eingangsspiegel 210 einfällt, durch Wechselwirkung mit dem optisch nichtlinearen Material 220 optisch parametrisch in einen Strahl L13 konvertiert, der einen Signalstrahl und einen Idler-Strahl mit zueinander unterschiedlichen Frequenzen aufweist.
Das optisch nichtlineare Material 220 gibt den einfallenden Strahl L12 als den konvertierten Strahl L13 aus, der den Signal-Strahl und den Idler-Strahl aufweist. Die Wellenlänge des konvertierten Strahls L13 kann durch Eigenschaften und Position des optisch nichtlinearen Materials 220 variiert werden. In dem Fall, wenn das optisch nichtlineare Material 220 ein nichtlinearer Kristall ist, kann die Wellenlänge des konvertierten Strahls L13 angepasst werden, indem die Position des Kristallgitters verändert wird.
Die optischen Ausgangsspiegel 230 und 240 reflektieren den optisch parametrisch konvertierten Strahl L13. Genauer reflektieren die optischen Ausgangsspiegel 230 und 240 einen Teil des optisch parametrisch konvertierten Strahls L13, um diesen in den Oszillator zu führen, und der andere Teil des Strahls L13 wird übermittelt und ausgegeben. Ungleich zum herkömmlichen optisch parametrischen Oszillator (siehe 1 und 2) weist der optisch parametrische Oszillator 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Mehrzahl an optischen Ausgangsspiegeln 230 und 240 auf. In 3 sind die beiden optischen Ausgangsspiegel 230 und 240 dargestellt, es können jedoch wenigstens drei optische Ausgangsspiegel mit Reflektivitäten verwendet werden, die sich voneinander im Hinblick auf eine Wellenlänge des optisch parametrisch konvertierten Strahls unterscheiden, um einen Wellenlängenbereich eines gewünschten konvertierten Ausgangsstrahls abzudecken.
Unter Bezugnahme auf 3 wird von den beiden optischen Ausgangsspiegeln 230 und 240 derjenige, der näher am optisch nichtlinearen Material 220 ist, als erster optischer Ausgangsspiegel 230 bezeichnet, und der andere optische Ausgangsspiegel wird als zweiter optischer Ausgangsspiegel 240 bezeichnet. Hier reflektieren der erste optische Ausgangsspiegel 230 und der zweite optische Ausgangsspiegel 240 die Strahlen L13 und L14 zu einer vorbestimmten Stärke oder mehr, um zueinander unterschiedliche Wellenlängen aufzuweisen.
Das heißt, dass der erste optische Ausgangsspiegel 230 und der zweite optische Ausgangsspiegel 240 unterschiedliche Reflektivitäten bezogen auf den Strahl mit einer einzigen Wellenlänge, zum Beispiel die Wellenlänge des Strahls L13 oder die Wellenlänge des Strahls L14, aufweisen. Zum Beispiel weist der erste optische Ausgangsspiegel 230 eine Reflektivität von 80% bezogen auf die Wellenlänge des Strahls L13 und 20% Reflektivität bezogen auf die Wellenlänge des Strahls L14 auf. Andererseits kann der zweite optische Ausgangsspiegel 240 eine Reflektivität von 25% bezogen auf die Wellenlänge des Strahls L13 und eine Reflektivität von 80% bezogen auf die Wellenlänge des Strahls L14 aufweisen. Hier kann der optisch parametrische Oszillator 200 den Strahl L13 oder L14, die zueinander unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, optisch parametrisch konvertieren oder verstärken. Somit kann der optisch parametrische Oszillator 200 den Strahl mit einer einzigen Wellenlänge L11, der von dem Laser 100 einfällt, in Strahlen mit zwei unterschiedlichen Wellenlängenbereichen konvertieren.
Zum Beispiel kann der Strahl L13 eine Wellenlänge von 400 nm bis 600 nm aufweisen, und der Strahl L14 kann eine Wellenlänge von 600 nm bis 1000 nm aufweisen. Wenn angenommen wird, dass der Strahl, der von dem Laser 100 einfällt, ein Strahl mit einer einzigen Wellenlänge von 355 nm ist, können die Eigenschaften und die Position des optisch nichtlinearen Materials 220 angepasst werden, um den Strahl L13 oder den Strahl L14 auszugeben. Hier wird der Strahl L13, wenn er ausgegeben wird, von dem ersten optischen Ausgangsspiegel 230 zu einer vorbestimmten Stärke reflektiert und dann in den Oszillator zurückgeführt, um zu oszillieren. Andererseits wird der Strahl L14, wenn er ausgegeben wird, von dem zweiten optischen Ausgangsspiegel 240 zu einer vorbestimmten Stärke reflektiert, um zu oszillieren. Somit kann der optisch parametrische Oszillator 200 einen Ausgangsstrahl L15 mit einer vorbestimmten Wellenlänge im Bereich von 400 nm bis 600 nm oder von 600 nm bis 1000 nm erzeugen. In dem Fall, dass ein optischer Ausgangsspiegel (nicht dargestellt) weiter verwendet wird, um einen Strahl mit einer Wellenlänge im Bereich von 1000 nm bis 1400 nm zu einer vorbestimmten Stärke oder mehr zu reflektieren, kann der optisch parametrische Oszillator 200 einen einfallenden Strahl mit einer einzigen Wellenlänge von 355 nm in einen Strahl mit einer Wellenlänge von 1000 nm bis 1400 nm konvertieren. Hier bezeichnet "zu einer vorbestimmten Stärke oder mehr" eine ausreichende Stärke, die ermöglicht, dass der reflektierte Strahl in den Oszillator geführt wird, um verstärkt zu werden.
Des Weiteren ist in dem Fall, dass ein Konvertierungsverhältnis des optisch nichtlinearen Materials 220 bezogen auf den einfallenden Pumpstrahl L11 nicht 100% ist, der Oszillator hinsichtlich Verlust des Pumpstrahls derart gestaltet, dass der erste optische Ausgangsspiegel 230 den Pumpstrahl, der nicht von dem optisch nichtlinearen Material 220 konvertiert wurde, reflektiert und der zweite optische Ausgangsspiegel 240 den von dem optisch parametrischen Oszillator 200 konvertierten Strahl reflektiert.
Der optische Ausgangsspiegel 230 und 240 können jeweils ein Spiegel sein, auf den eine dielektrische Schicht aufgebracht ist. Die aufgebrachte dielektrische Schicht kann eine Mehrschicht-Struktur sein. Des Weiteren kann jeder der optischen Ausgangsspiegel 230 und 240 ein Spiegel sein, auf den eine Metallschicht aufgebracht ist. Weiterhin können die optischen Ausgangsspiegel 230 und 240 entweder aus einem Kristall mit hohem Brechungsvermögen, wie beispielsweise LiNbO₃, LilO₃, AgGaS₂, ZnGeP₂ und Te oder einem amorphen Material wie beispielsweise Glas gebildet sein. Alternativ kann das dielektrische Material auf das Glas in einer einzigen Schicht oder in mehreren Schichten aufgebracht werden, um das Brechungsvermögen anzupassen.
Alternativ kann die Position der optischen Ausgangsspiegel 230 und 240 in dem optisch parametrischen Oszillator 200 relativ angepasst werden, um relative Phasen des Pumpstrahls L11 oder L12 bezogen aufeinander und den Signalstrahl und Idler-Strahl des optisch parametrisch konvertierten, Strahls L13 anzupassen.
Wenn der Pumpstrahl L11 in den optisch parametrischen Oszillator 200 durch den optischen Eingangsspiegel 210 geführt wird und durch das optisch nichtlineare Material 220 optisch parametrisch konvertiert wird, wird der konvertierte Strahl L13 seiner Wellenlänge entsprechend auf einen der Ausgangsspiegel 230 und 240 reflektiert. In dem Fall, dass der erste optische Ausgangsspiegel 230 den konvertierten Strahl L13 reflektieren kann, wird der konvertierte Strahl L13 ein reflektierter Strahl L17, um zu dem optisch nichtlinearen Material zurückgegeben zu werden. In dem Fall, dass der erste optische Ausgangsspiegel 230 den konvertierten Strahl L13 nicht reflektieren kann, geht der konvertierte Strahl L13 durch den ersten optischen Ausgangsspiegel 230 und erreicht den zweiten optischen Ausgangsspiegel 240. Der zweite optische Ausgangsspiegel 240 reflektiert den durch den ersten optischen Ausgangsspiegel 230 gegangenen Strahl L14, der zu dem optisch parametrischen Oszillator 200 zurückgegeben wird. Der zurückgegebene Strahl L17 oder L18 geht durch das optisch nichtlineare Material 220 und wird erneut auf den optischen Eingangsspiegel 210 reflektiert, um sich wiederholt durch das optisch nichtlineare Material 220 zu verbreiten.
Wenn die Wellenlänge und Wellenlängenbedingung des angekommenen Strahls identisch sind, reflektieren die optischen Ausgangsspiegel 230 und 240 einen Teil des angekommenen Strahls und übermitteln den anderen Teil des angekommenen Strahls. Des Weiteren übermitteln, wenn die Wellenlängenbedingung des angekommenen Strahls nicht identisch ist, die optischen Ausgangsspiegel 230 und 240 den Strahl vollständig. Der Ausgangswert des Ausgangsstrahls L15 ist gleich dem Gesamtausgang des übermittelten Strahls. Dann wird der optisch parametrisch konvertierte Strahl L13 verstärkt, indem er durch das optisch nichtlineare Material 220 in dem optisch parametrischen Oszillator 200 geht. Somit wird dementsprechend der Ausgangsstrahl L15 mit gewünscht hohem Ausgang gewährleistet.
Obwohl in 3 nicht dargestellt, kann in dem optisch parametrischen Oszillator 200 eine Kollimatorlinse (nicht dargestellt) zum Fokussieren eines Pumpstrahls von dem Laser 100 verwendet werden, um zu ermöglichen, dass der Strahl effizient von dem Laser 100 geführt wird. Des Weiteren kann der optisch parametrische Oszillator 200 weiter ein Prisma (nicht dargestellt) aufweisen, um den Signalstrahl und den Idler-Strahl aus dem Ausgangsstrahl L15 abzutrennen.
4 ist eine schematische Konfigurationsansicht, in welcher ein optisch parametrischer Oszillator 400 mit zwei optischen Ausgangsspiegeln 440 und 450 und zwei optischen Eingangsspiegeln 410 und 420 und ein Laser 110 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dargestellt sind. Bei dem Laser und dem optisch parametrischen Oszillator aus 4 sind das optisch nichtlineare Material, der erste optische Ausgangsspiegel und der zweite optische Ausgangsspiegel identisch zu den in 3 dargestellten und werden somit nicht genauer beschrieben.
Der in 4 dargestellte optisch parametrische Oszillator 400 umfasst zwei optische Eingangsspiegel 410 und 420. Von den optischen Eingangsspiegeln 410 und 420 reflektiert der erste optische Eingangsspiegel 420 einen Pumpstrahl von dem Laser 110 und übermittelt einen durch das optisch nichtlineare Material 430 optisch parametrisch konvertierten Strahl. Der zweite optische Eingangsspiegel 410 reflektiert den von dem ersten optischen Eingangsspiegel 420 übermittelten optisch parametrisch konvertierten Strahl.
Der Pumpstrahl von Laser 110 wird, wenn er in den optisch parametrischen Oszillator 400 auf einem Weg P1 geführt wird, auf dem ersten optischen Eingangsspiegel 420 reflektiert. Hier können wenigstens 95% des Pumpstrahls reflektiert werden. Der reflektierte Pumpstrahl tritt auf einem Weg P3 in das optisch nichtlineare Material 430 ein, um optisch parametrisch konvertiert zu werden, und erreicht dann auf einem Weg P4 den ersten optischen Ausgangsspiegel 440. Der angekommene Strahl wird auf einem Weg P4 oder Weg P5 entsprechend der Wellenlänge des konvertierten Strahls auf dem ersten optischen Ausgangsspiegel 440 oder dem zweiten optischen Ausgangsspiegel 450 reflektiert und dann an das optisch nichtlineare Material 430 zurückgegeben.
Der konvertierte Strahl, der durch das optisch nichtlineare Material 430 geht, erreicht den ersten optischen Eingangsspiegel 420 über den Weg P3 und erreicht den zweiten optischen Eingangsspiegel 410, da der erste optische Eingangsspiegel 420 den Pumpstrahl reflektiert, aber den optisch parametrisch konvertierten Strahl übermittelt. Der zweite optische Eingangsspiegel 410 reflektiert den angekommenen konvertierten Strahl, um diesen in den optisch parametrischen Oszillator 400 zurückzugeben. Durch diese Vorgänge kann der konvertierte Strahl, der verloren geht, wenn er durch den einzigen optischen Eingangsspiegel geht, in den optisch parametrischen Oszillator 400 zurückgegeben werden, um so die Ausgangsleistung des endgültigen Ausgangsstrahls zu erhöhen.
Der erste optische Eingangsspiegel 420 kann ein dichroitischer Spiegel sein. Für den ersten optischen Eingangsspiegel 420 kann der dichroitische Spiegel verwendet werden, um einen Strahl von spezifischer Wellenlänge zu reflektieren und einen Strahl von anderer spezifischer Wellenlänge zu übermitteln. Der dichroitische Spiegel ist derart strukturiert, dass Flachglas in mehreren Schichten als Nichtmetall-Material abgelagert wird, um Interferenz auszunutzen. Materialien sowie Dicke und Anzahl der Schichten werden angepasst, um eine Reflexions-/Übermittlungswellenlänge auszuwählen. Insbesondere gewährleistet der aus dem dichroitischen Spiegel gebildete erste optische Eingangsspiegel 420 einen geringen Lichtverlust aufgrund Absorption und ist somit für die Konstruktion gemäß der vorliegenden Ausführungsform geeignet, deren Zweck es ist, Lichtverlust zu reduzieren.
Der zweite optische Eingangsspiegel 410 weist eine Oberfläche auf, die mit einem Metall beschichtet ist, das aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Silber und Gold gewählt ist, und reflektiert somit den durch das optisch nichtlineare Material optisch parametrisch konvertierten Strahl.
Wie oben gemäß beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wird ein optisch parametrischer Oszillator mit einer Mehrzahl an optischen Ausgangsspiegeln verwendet, um einen Laserstrahl in Strahlen mit breiterer Wellenlänge zu konvertieren. Des Weiteren wird der Lichtverlust des optisch parametrischen Oszillators minimiert, um einen Laserstrahl zu gewährleisten, der mit hohem Wirkungsgrad ausgegeben wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben und dargestellt wurde, wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung wie durch die beigefügten Ansprüche definiert abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- KR 2007-56332 [0001]

Claims

Optisch parametrischer Oszillator, welcher aufweist: ein optisch nichtlineares Material, das einen von einem Laser gepumpten Strahl optisch parametrisch konvertiert; und optische Eingangs- und Ausgangsvorrichtungen, die einander gegenüberliegen, wobei die optische Eingangs- und Ausgangsvorrichtung den optisch parametrisch konvertierten Strahl zu dem optischen nichtlinearen Material führen, damit er oszilliert, wobei die optische Eingangsvorrichtung einen optischen Eingangsspiegel aufweist, der den Pumpstrahl in den Oszillator führt, und wobei die optische Ausgangsvorrichtung eine Mehrzahl optischer Ausgangsspiegel aufweist, die jeweils den optisch parametrisch konvertierten Strahl nach außerhalb des Oszillators führen, wobei die optischen Ausgangsspiegel Reflektivitäten aufweisen, die sich bezogen auf eine Wellenlänge des optisch parametrisch konvertierten Strahls voneinander unterscheiden.
Optisch parametrischer Oszillator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeden der optischen Ausgangsspiegel eine dielektrische Schicht aufgebracht ist.
Optisch parametrischer Oszillator gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht aus einer Mehrzahl dielektrischer Schichten besteht.
Optisch parametrischer Oszillator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeden der optischen Ausgangsspiegel eine Metallschicht aufgebracht ist.
Optisch parametrischer Oszillator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der optischen Ausgangsspiegel ein Material mit hohem Brechungsvermögen aufweist, das aus der Gruppe bestehend aus LiNbO₃, LilO₃, AgGaS₂, ZnGeP₂, Te und Glas gewählt ist.
Optisch parametrischer Oszillator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der optischen Ausgangsspiegel den optisch parametrisch konvertierten Strahl reflektiert.
Optisch parametrischer Oszillator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Eingangsspiegel aufweist: einen ersten optischen Eingangsspiegel, der den Pumpstrahl reflektiert, damit dieser in das optisch nichtlineare Material geführt wird, und den optisch parametrisch konvertierten Strahl übermittelt; und einen zweiten optischen Eingangsspiegel, der den optisch parametrisch konvertierten Strahl, der durch den ersten optischen Eingangsspiegel gegangen ist, reflektiert.
Optisch parametrischer Oszillator gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste optische Eingangsspiegel ein dichroitischer Spiegel ist.
Optisch parametrischer Oszillator gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste optische Eingangsspiegel eine Reflektivität von wenigstens 95% bezogen auf den Pumpstrahl des Lasers aufweist.
Optisch parametrischer Oszillator gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des zweiten optischen Eingangsspiegels mit einem Metall beschichtet ist, das aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Silber und Gold gewählt ist.