Optisch parametrischer Oszillator

Laboraufbau eines OPO

Ein in der Lasertechnik angewendeter optisch parametrischer Oszillator (Abk. OPO, englisch optical parametric oscillator) besteht im Wesentlichen aus einem optisch nichtlinearen Kristall, z. B. Beta-Bariumborat (BBO), in einem optischen Resonator. Der Kristall erzeugt aus einer eingestrahlten Pumpwelle über die nichtlineare Drei-Wellen-Wechselwirkung Strahlung zweier Wellenlängen, sog. Signal- und Idler-Strahlung. Entweder die erzeugte Idler- oder die Signal-Strahlung wird teilweise über einen Spiegel rückgekoppelt. Dadurch erhöht sich bei jedem Durchlauf durch den Kristall die Energie der resonanten Welle. So kann eine parametrische Verstärkung mit nennenswerter Konversionseffizienz erfolgen, da der Prozess nicht mehr aus dem parametrischen Rauschen starten muss.

Aus der Energieerhaltung ergibt sich, dass die Summe der Quantenenergien der erzeugten Signal- und Idler-Strahlung der Quantenenergie der Pumpstrahlung entspricht und somit gleiches für die Frequenzen $f_{P}=f_{S}+f_{I}$. Für effiziente Frequenzkonversion muss allerdings nicht nur die Energieerhaltung, sondern auch die Phasenanpassungsbedingung erfüllt sein.

Mit diesem Verfahren kann man Laserstrahlung erzeugen, deren Wellenlänge außerhalb der Wellenlängen verfügbarer aktiver Lasermedien liegt.

Des Weiteren kann mit optisch nichtlinearen Kristallen die Summen- oder Differenzfrequenz (entsprechend der Summe bzw. Differenz der jeweiligen Quantenenergien) zweier eingestrahlter Lichtwellen erzeugt werden.

Die ersten durchstimmbaren optischen parametrischen Oszillatoren wurden 1965 an den Bell Laboratories durch Joseph A. Giordmaine und Robert C. Miller entwickelt.

Literatur

• Georg A. Reider: Photonik – Eine Einführung in die Grundlagen. Springer-Verlag, Wien 2005, ISBN 3-211-21901-3 (im Speziellen Kapitel 8)

Weblinks

• Optical Parametric Oscillators in der Encyclopedia of Laser Physics and Technology (englisch)