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4.5. DER OPTISCHE PARAMETRISCHE OSZILLATOR 115
dentlicher Strahl unter θP eingespeist.
Etwas präziser ist folgende Beschreibung der parametrischen Verstärkung. In einen Kristall
wird die intensive Pumpwelle ωP und eine schwache Seed-Signal-Welle ωS eingespeist. Nach
Gleichungen (4.32)-(4.35) führt dies zur Erzeugung von Summen und Differenzfrequenz. In
diesem Fall ist die Differenzfrequenz ωP − ωS = ωI. Die Brechungsindexanpassung erfolgt
gemäß
(4.40)
NIωI = nP ωP − nSωS
Die Hilfswelle ωI wechselwirkt nun wiederum mit Signal- und Pumpwelle und es entsteht eine
(verstärkte) Welle mit ωS = ωP − ωI. Durch diesen Prozeß wird die eingestrahlte Signalwelle
verstärkt. Der Verstärkungsfaktor ergibt sich zu
Γ = IS
IP
= 2ωIωS | deff | 2 PP
nInSnP ɛ0c 3 ∝ PP (4.41)
mit deff ≈ ɛ0χ (2) aus Abbildung 4.17. Mit einigen cm langen LiNbO3 Kristallen können
Verstärkungsfaktoren der Signalwelle > 100 erreicht werden.
Einen selbsterregenden OPO betreibt man, indem man den Aufbau des parametrischen
Verstärkers in einen abgestimmten Resonator einbettet. Aus dem auf allen Frequenzen vorhandenen
Rauschen wird diejenige Frequenz für die die Brechungsindices abgestimmt sind
(die Seed-Signalwelle) besonders verstärkt. Es genügt, daß der Resonator für die Signalwelle
verspiegelt ist. Die Idler-Welle bildet sich trotzdem aus, da sie für den parametrischen Prozeß
unabdingbar ist. Es gibt aber auch Ausführungen mit doppelt verspiegelten Resonatoren.
OPO’s sind vor allem als kontinuierlich abstimmbare Lichtquellen im Infrarot-Bereich von
Interesse (gepumpt mit 1064 nm λI ≥ 8 µm) aber seit Anfang der 90er Jahre auch kommerziell
im sichtbaren Bereich verfügbar (gepumpt mit 355 nm: ∼ 400 nm < λS < 710 nm und
∼ 710 nm < λI < 2800 nm). Die OPO Strahlung kann ebenfalls frequenzverdoppelt werden
um Licht bis ins UVB zu erzeugen. Während die erreichbaren Pulsleistungen (Signal
> 100 mJ) Farbstofflasern vergleichbar sind, ist die Strahlqualität in Bezug auf Profil und
vor allem Divergenz i.A. deutlich schlechter. Außerdem ist der Bereich zwischen 355 nm und
410 nm (sehr geringe Effizienz) sowie um 710 nm (Entartung= gleiche Energie von Signal und
Idler) nur durch Frequenzmischung zugänglich.