Weit abstimmbares Laserlicht und schnelle Infrarotdetektion

Nichtlinear-optische Frequenzkonversion

Nichtlinear-optische Materialien zeichnen sich dadurch aus, dass in ihnen unter intensiver Laserstrahlung Prozesse auftreten, bei denen Licht mit neuen Wellenlängen  entsteht. Dazu gehören die Frequenzverdopplung, die Summen- und Differenz-Frequenz-Bildung und die optisch-parametrische Generation. Diese Prozesse werden vor allem eingesetzt, um Wellenlängen zu erzeugen, für die es keine geeigneten Lasermaterialien gibt oder um aus einem Festfrequenz-Pumplaser abstimmbares Laserlicht zu generieren. Insbesondere für letztere Aufgabe werden vor allem Materialien mit Quasi-Phasenanpassung eingesetzt, die eine besonders große Freiheit bei der Wahl der zu erzeugenden Wellenlängen bieten. So können auf der Basis von periodisch gepoltem Lithiumniobat und Lithiumtantalat weit abstimmbare optisch-parametrische Oszillatoren für Wellenlängenbereiche vom Sichtbaren bis zum Terahertz-Bereich gebaut werden.

Ein ganz aktuelles Einsatzbeispiel der Summenfrequenzbildung ist die Hochkonversion von Strahlung aus dem mittleren Infrarot zu Wellenlängen kleiner als 1 µm. Durch geeignete Pump-Geometrien erfolgt die Konversion mit einer Effizienz im Prozentbereich. Statt aufwendiger Infrarot-Sensoren können dann Standard-Silizium-Detektoren und –Bildsensoren für den Nachweis genutzt werden.

Fraunhofer IPM kann in diesem Feld auf langjährige Erfahrungen bei der Strukturierung und Funktionalisierung von Lithiumniobat und bei Entwicklung und Bau von Komponenten und kompletten Geräten zurückgreifen.