DE60318564T2

DE60318564T2 - Erzeugung der vierten harmonischen im resonator unter verwendung unbeschichteter brewster-oberflächen

Info

Publication number: DE60318564T2
Application number: DE60318564T
Authority: DE
Inventors: William Los Altos GROSSMAN; Jeffrey Palo Alto KMETEC
Original assignee: Lightwave Electronics Corp
Current assignee: Lightwave Electronics Corp
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2023-03-06
Also published as: WO2003084011A2; JP2005521910A; WO2003084011A3; ATE383669T1; AU2003230604A1; EP1493213A2; EP1493213B1; JP4489440B2; EP1493213A4; DE60318564D1; US20030214984A1; US6697391B2

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der Erzeugung von optischen Frequenzharmonischen und insbesondere die optische Vierte-Harmonische-Erzeugung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Kurzwellenlängen-(z. B. UV)-Laser werden bei Bohren, Mikroschweißen, Mikro-Materialbearbeitung, Komponentenbeschneiden, Markieren von Glas und Halbleitern, schnellem Prototyping, elektronischer Verpackung, Hornhautskuplturierung, Herzchirurgie zum Erzeugen von Blutstrom zu Herzmuskeln, Fluoreszenzspektroskopie inklusive zeitauflösenden Techniken eingesetzt. Das relative Fehlen der Verfügbarkeit von Kurzwellenlängenlasern hat Anlass zu umfangreichen Forschungsbemühungen zur Entwicklung von Strahlungsquellen auf der Basis von Frequenzumwandlung gegeben. Es wurden Strahlungsquellen auf der Basis der Erzeugung von zweiten, dritten und vierten Harmonischen zum Erzeugen von kohärenter Ultraviolett-(UV)-Strahlung vorgeschlagen.
In einem herkömmlichen System auf der Basis der Dritte-Harmonische-Erzeugung wird Strahlung einer Grundfrequenz (ω) in einem nichtlinearen Kristall zum Erzeugen von Strahlung einer Zweite-Harmonische-(2ω)-Frequenz benutzt. Die Zweite-Harmonische-Strahlung wird mit der Grundstrahlung gemischt, typischerweise in einem anderen nichtlinearen Kristall, um Strahlung einer Dritte-Harmonische-(3ω)-Frequenz zu erzeugen. Die Dritte-Harmonische-Strahlung (ein nützlicher Ausgang des Systems) kann dann physikalisch von der Grund-, Zweite-Harmonische- und Dritte-Harmonische-Strahlung getrennt werden, z. B. mit einem intrakavitären oder extrakavitären Element wie z. B. einem Prisma, einem Gitter, einem Brewster-Prisma oder einem dichroitisch beschichteten Spiegel. Aufgrund der relativen Ineffizenzen der drei Frequenzumwandlungsschritte ist die Intensität der Dritte-Harmonische-Strahlung möglicherweise weit geringer als die der Grundstrahlung. Demzufolge sind Dritte-Harmonische-Systeme gegenüber optischen Verlusten und insbesondere gegenüber Grundstrahlungsverlusten äußerst empfindlich.
Die Zweite- und Dritte-Harmonische-Kristalle werden gewöhnlich antireflektiv beschichtet, um Rückreflexionen von den Ein- und Ausgangsflächen der Kristalle zu verhüten. Optische Beschichtungen sind im Allgemeinen für optische Schäden, insbesondere für Schäden, die durch Kurzwellenlängenstrahlung verursacht werden, sehr empfindlich. Eine Anordnung, die die Verwendung von optisch unbeschichteten Kristallflächen zulässt, gleichzeitig Wellenlängen trennt und das Rückreflexionsproblem vermeidet, wäre in einer Strahlungsquelle auf der Basis einer Dritte-Harmonische-Erzeugung von großem Wert. Eine solche Anordnung wäre insbesondere für ein System wünschenswert, das mit Intrakavitäts-Frequenzumwandlungselementen arbeitet.
Ein Dritte-Harmonische-System des Standes der Technik zum Erzeugen von ultravioletter Strahlung (355 nm) von Infrarotstrahlung (1064 nm) arbeitet mit Lithiumtriborat-(LBO)-Kristallen zur Frequenzverdoppelung und -verdreifachung in einem Resonanzhohlraum, der einen Halbleiterlaser Nd-YAG enthält. Mittels Brewstergeschnittener Intrakavitätsprismen wird der UV-Strahl vom Grundstrahl getrennt.
Intrakavitätsprismen können zwar Verluste relativ zu Strahlentrennungsansätzen mittels dichroitischer Spiegel reduzieren, aber das Intrakavitätsprisma neigt dazu, die Komplexität des Systems zu erhöhen. Ferner muss bei Intrakavitätsprismen die Ausgangsfläche des Frequenzverdreifachungskristalls weiterhin antireflektiv beschichtet werden, um Grund- und Dritte-Harmonische-Strahlungsverluste minimal zu halten. Wenn man die Ausgangsfläche in solchen Systemen des Standes der Technik unbeschichtet ließe, dann würde dies zu hohen Grundstrahlungsverlusten führen. Gleichzeitig begrenzt die Verwendung einer AR-Beschichtung für die Ausgangsfläche die nützliche Lebensdauer des Systems aufgrund von katastrophalen oder langfristigen UV-induzierten Schäden an der AR-Beschichtung erheblich.
Das im Gemeinschaftsbesitz befindliche US-Patent 5,850,407 beschreibt ein Dritte-Harmonische-Erzeugungssystem, das einen Zweite-Harmonische-Erzeugungskristall in Verbindung mit einem Dritte-Harmonische-Erzeugungskristall verwendet. Der Dritte-Harmonische-Erzeugungskristall hat eine unbeschichtete Dispersionsausgangsfacette. Die Ausgangsfacette ist vorzugsweise in einem Brewster-Winkel zur Grund- und Dritte-Harmonische-Strahlung orientiert, so dass die Ausgangsfacette die Passage der Grund- oder Dritte-Harmonische-Strahlung nicht wesentlich behindert. Ferner behindert die Ausgangsfacette die Passage von s-polarisierten Strahlungskomponenten und dient so als polarisationsselektives Element. Die Dispersionsausgangsfacette trennt Grundstrahlung mit der Frequenz ω räumlich von Dritte-Harmonische-Strahlung der Frequenz 3ω. In diesem System sind sowohl die Grund- als auch die Dritte-Harmonische-Strahlung relativ zur Ausgangsfacette p-polarisiert.
Es wurden auch nichtlineare Materialien zum Erzeugen von Strahlung einer vierten Harmonischen der Grundstrahlung verwendet. So kann beispielsweise die Dritte-Harmonische-Strahlung mit der Grundstrahlung gemischt werden, typischerweise in einem anderen, unterschiedlichen, nichtlinearen Kristall, um Strahlung einer Vierte-Harmonische-(4ω)-Frequenz zu erzeugen. Leider waren Versuche zum Erzeugen eines geeignet konfigurierten Vierte-Harmonische-Erzeugungssystems unzufriedenstellend, besonders für Multikiloherz-Systeme. Bei frühen Versuchen wurde ein erstes nichtlineares Material verwendet, z. B. zum Erzeugen von Zweite-Harmonische-Strahlung von 532 nm von Grundstrahlung von 1064 Mikron. Ein zweites nichtlineares Material erzeugte eine vierte Harmonische von 266 nm von der Zweite-Harmonische-Strahlung von 532 nm durch eine Frequenzverdoppelungsinteraktion. Leider stimmt die Phase der Frequenzverdoppelungsinteraktion von 532 nm auf 266 nm in LBO nicht überein, das ein robustes und wünschenswertes nichtlineares Material ist. KDP und seine Isomorphe wurden erfolgreich in Joule-Klassensystemen mit geringer Wiederholrate eingesetzt, aber nicht in Multikiloherzsystemen oder energieärmeren Systemen. Bei anderen Versuchen im Stand der Technik wurden drei nichtlineare Kristalle verwendet, wie z. B. in einem Artikel von R. Wu et al. mit dem Titel „Intracavity fourth harmonic generation using three pieces of LBO in a Nd:Yag laser", Januar 1994 (1994-01), OSA proceedings an advanced solid-state laser, Washington, DC, US, Seiten 377–380, XP000600007, beschrieben wurde. Der erste Kristall verdoppelt die Grundstrahlung von 1064 Mikron zum Erzeugen einer Zweite-Harmonische-Strahlung von 532 nm. Der zweite Kristall summiert einen Teil der Grundstrahlung mit der Zweite-Harmonisch-Strahlung zum Erzeugen von Dritte-Harmonische-Strahlung von 355 nm. Der dritte Kristall summiert einen Teil der Grundstrahlung mit der Dritte-Harmonische-Strahlung zum Erzeugen von Vierte-Harmonische-Strahlung von 266 nm. Wenn die Grund- und die Dritte-Harmonische-Strahlung im selben Zustand polarisiert werden, dann wird die Vierte-Harmonische-Strahlung in Bezug auf die Grund- und die Dritte-Harmonische-Strahlung orthogonal polarisiert. Wenn also die Grundstrahlung mit Bezug auf eine Brewster-Prismafläche p-polarisiert ist, dann ist die Vierte-Harmonische-Strahlung leider s-polarisiert. Folglich muss die Polarisation der Vierte-Harmonische-Strahlung entweder auf p-Polarisation gedreht werden, um die Brewster-Winkelbedingung an der Ausgangsfacette des Vierte-Harmonische-Erzeugungskristalls zu erfüllen, oder die Ausgangsfacette muss antireflektiv (AR) beschichtet werden. Es ist äußerst schwierig, die Polarisation der Vierte-Harmonische-Strahlung zu drehen, ohne die Vierte-Harmonische-Phasenübereinstimmung zu beeinträchtigen oder das System komplexer zu machen, z. B. durch Bonden einer Polarisationsdrehregion auf den Vierte-Harmonische-Erzeugungskristall. Die US-Patentbeschreibung Nr. 5,850,407 von Grossman et al. lehrt ein optisches System zum Erzeugen von Intrakavitäts-Dritte-Harmonische-Strahlung, das einen SHG- und einen THG-Kristall innerhalb eines Laserhohlraums umfasst, der Grundfrequenzstrahlung unterstützt. Der THG-Kristall hat eine unbeschichtete Brewstergeschnittene Dispersionsausgangsfacette und eine Eingangsfacette, die normal zur Grundfrequenzstrahlung ist.
Techniken unter Verwendung von harmonisch ausgewählten Wellenplatten usw. benötigen AR-Beschichtungen. AR-Beschichtungen sind für Schäden bei UV-Frequenzen äußerst empfindlich, so dass die Nutzungsdauer von Systemkomponenten reduziert wird. Es war daher schwierig, die Brewster-Winkelbedingung für p-polarisierte Grund- und Vierte-Harmonische-Strahlung zu erfüllen und gleichzeitig die Phasen der Strahlung mit dem Vierte-Harmonische-Erzeugungskristall in Übereinstimmung zu halten, ohne AR-beschichtete Flächen und/oder Brewster-Prismen zu benutzen.
Es besteht daher in der Technik Bedarf an einem Vierte-Harmonische-Erzeugungssystem und -verfahren, die die obigen Nachteile überwinden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt ein optisches Vierte-Harmonische-Erzeugungssystem nach Anspruch 1 und ein optisches Vierte-Harmonische-Erzeugungsverfahren nach Anspruch 28 bereit.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Lehren der vorliegenden Erfindung werden durch Betrachten der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den Begleitzeichnungen besser verständlich. Dabei zeigt:
1A ein schematisches Diagramm, das ein optisches Vierte-Harmonische-Erzeugungssystem gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung illustriert;
1B eine vergrößerte Darstellung eines Teils von 1A, die ein optisches Vierte-Harmonische-Erzeugungssystem gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung illustriert;
1C ein schematisches Diagramm eines Teils eines optischen Vierte-Harmonische-Erzeugungssystems gemäß einer alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER SPEZIELLEN AUSGESTALTUNGEN
Die vorliegende ausführliche Beschreibung enthält zwar illustrationshalber viele spezielle Details, aber die durchschnittliche Fachperson wird erkennen, dass viele Variationen und Änderungen an den nachfolgenden Details im Rahmen der Erfindung liegen. Demgemäß werden die Ausführungsbeispiele der nachfolgend beschriebenen Erfindung ohne Verlust an Allgemeingültigkeit und ohne Beschränkung der beanspruchten Erfindung dargelegt.
1A ist ein schematisches Diagramm eines Beispiels für ein optisches Vierte-Harmonische-System 20 gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, während 1B ein Detail eines Teils des Systems 20 zeigt. Das System 20 weist im Allgemeinen einen Resonanzhohlraum 22 auf, der beispielsweise durch zwei oder mehr Reflektoren definiert wird, z. B. erste, zweite und dritte Reflektoren 24A–24C. Der Hohlraum 22 ist so konfiguriert, dass er elektromagnetische Grundstrahlung 26 unterstützt, die durch eine Grundfrequenz ω charakterisiert ist. Der Hohlraum 22 kann so konfiguriert werden, dass er die Grundstrahlung unterstützt, indem die Abmessungen (z. B. Radien), Reflexionsgrade und Abstände der Reflektoren 24A–24C so gewählt werden, dass der Hohlraum 22 ein Resonator ist, der Strahlung der Grundfrequenz ω unterstützen kann. 1A zeigt zwar einen V-förmigen Hohlraum 22, aber für die Fachperson werden auch andere Hohlräume denkbar sein, z. B. stabile, unstabile, Z-förmige mit 4 Spiegeln, W-förmige mit 5 Spiegeln, Hohlräume mit mehr Schenkeln, ringförmige oder lineare Konfigurationen, um nur ein paar von vielen möglichen Beispielen zu nennen.
Die Grundstrahlung 26 kann durch ein aktives Medium 30 erzeugt werden, das sich im Hohlraum 22 befindet. Zum Beispiel, das aktive Medium 30 kann ein Nd-YAG Brewster-Stab mit einer Dotierungskonzentration von 1% sein. Andere geeignete aktive Medien sind z. B. endgepumpte oder seitengepumpte feste, flüssige und gasförmige Medien wie Nd:YAG, Nd:YLF, Nd:YVO₄, Nd:YALO, Nd:Glas, Yb:YAG, Yb:Glas, Rubin-Titan-Saphir, CrLiSAF, mit verschiedenen Formen und Größen und mit höheren oder niedrigeren Dotierungskonzentrationen. Das aktive Medium 30 kann von einer externen Quelle 34 von Energie 36 gepumpt werden. Solche Pumpenergie kann die Form von Strahlung haben, die durch eine oder mehrere Seiten und/oder Enden des aktiven Mediums 30 eingeleitet wird. Das System 20 kann einen Pulsiermechanismus 38 aufweisen, der die Erzeugung von Hochintensitätsstrahlungsimpulsen erleichtert (z. B. ein Q-Schalter, ein Modenkoppler oder eine Verstärkungsregelvorrichtung).
Das aktive Medium 30 kann zwei Endflächen 32A–32B haben, durch die die Grundstrahlung 26 geht. Die Endflächen 32A–32B können in einem Brewster-Winkel θ_B relativ zur Strahlung 26 liegen, so dass die Grundstrahlung 26 mit Bezug auf die Endflächen 32A–32B p-polarisiert ist, d. h. in der Einfallsebene der Grundstrahlung 26 polarisiert ist. Alternativ können die Endflächen 32A–32B des aktiven Mediums 30 normal (lotrecht) oder nahe-normal zur Ausbreitungsrichtung der Grundstrahlung 26 sein oder irgendeinen anderen Winkel dazu bilden.
Ein Vierte-Harmonische-Generator (FHG) 40 ist im Resonanzhohlraum 22 angeordnet. Der Vierte-Harmonische-Generator erzeugt Vierte-Harmonische-Strahlung FH, die durch eine Vierte-Harmonische-Frequenz 4ω gekennzeichnet ist, z. B. von einer Interaktion mit der Grundstrahlung 26 und der Dritte-Harmonische-Strahlung mit der Frequenz 3ω. Im Allgemeinen wird die Wellenlänge der Grundstrahlung 26 so gewählt, dass der Vierte-Harmonische-Generator 40 Vierte-Harmonische-Strahlung FH einer gewünschten Vierte-Harmonische-Wellenlänge erzeugt. Die Vierte-Harmonische-Wellenlängen mit dem höchsten praktischen Interesse liegen zwischen 190 nm im UV-Bereich und 450 nm im sichtbaren Bereich (blau). Die Vierte-Harmonische-Strahlung FH hat vorzugsweise eine Wellenlänge von 266 nm.
Der FHG 40 kann ein nichtlineares Medium wie z. B. Lithiumtriborat (LBO), Beta-Bariumborat (BBO), Caesiumlithiumborat (CLBO), KDP und seine Isomorphe sein. Die Reaktion, die die Vierte-Harmonische-Strahlung FH erzeugt, stimmt in diesen Materialien phasenmäßig überein. Andere die Phasenübereinstimmungsbedingungen erfüllende Kristalle sind u. a. ADA, ADP, CBO, DADA, DADP, DKDP, DLAP, DRDP, KABO, KDA, KDP, LB4 oder LFM. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der FHG 40 ein Lithiumtriborat-(LBO)-Kristall. Der FHG 40 beinhaltet eine Ausgangsfacette 42, die im Wesentlichen in einem Brewster-Winkel mit Bezug auf die Grundstrahlung 26 orientiert ist. Wie in 1B gezeigt, ist die Grundstrahlung F durch eine p-Polarisation gekennzeichnet, die komplementär zu einer s-Polarisation ist, die die Vierte-Harmonische-Strahlung FH kennzeichnet. Folglich können die Grundstrahlung F und die von der Ausgangsfacette 42 austretende Vierte-Harmonische-Strahlung FH räumlich getrennt sein. In dem in den 1A–1B gezeigten Beispiel ist die Ausgangsfacette 42 dem aktiven Medium 30 zugewandt. Der FHG 40 kann eine Eingangsfacette 44 aufweisen, die sich gegenüber der Ausgangsfacette 42 befindet. Die Einggangsfacette 44 kann im Wesentlichen parallel (d. h. innerhalb optischer Toleranzen) mit Bezug auf die Ausgangsfacette 42 orientiert sein, so dass die Eingangsfacette 44 im Wesentlichen in einem Brewster-Winkel θ_B mit Bezug auf die Grundstrahlung 26 orientiert ist.
Die Ausgangsfacette 42 des FHG 40 ist vorzugsweise optisch unbeschichtet, so dass die Ausgangsfacette 42 für durch die Vierte-Harmonische-Strahlung FH verursachte Schäden beständig ist. Die Ausgangsfacette 42 kann eine mechanisch und optisch robuste Beschichtung haben, hat aber vorzugsweise keine Antireflexionsbeschichtung. Insbesondere braucht die Ausgangsfacette 42 keine optischen Beschichtungen zum Verhindern von Reflexionen von Strahlung auf den Grund- oder Vierte-Harmonische-Wellenlängen zu haben und hat vorzugsweise auch keine solche Beschichtung. Das Fehlen optischer Beschichtungen macht die Ausgangsfacette 42 relativ unempfindlich für optische Schäden und insbesondere für Schäden, die durch Vierte-Harmonische- und andere UV-Strahlung verursacht werden. Viele kommerzielle Anwendungen erfordern einen im Wesentlichen schadensfreien (< 0,1% schadensinduzierte Verluste) Betrieb für tausende von Stunden, vorzugsweise > 10.000 Stunden, bei hohen Leistungspegeln (Gesamtleistungen in der Größenordnung von Watt, entsprechend örtlichen Spitzenleistungsdichten in der Größenordnung von 10⁷ bis über 10⁹ W/cm² für eine Punktgröße von 150 μm Durchmesser). Die Fachperson wird erkennen, dass für eine schadensfreie Erzeugung die Sauberkeit der gegenüber UV exponierten Optik äußerst wichtig ist. Zahllose Kontaminanten, zahllose Entgasungsmaterialien und zahllose gasförmige Verunreinigungen in der Umgebung der optischen UV-Flächen können die Leistung leicht beeinträchtigen.
Zum Erhöhen des Ausgangs von Vierte-Harmonische-Strahlung ist es wünschenswert, dass die Ausgangsfacette 42 in einem schrägen Winkel zur Ausbreitungsrichtung der Grundstrahlung 26 zwischen dem FHG 40 und dem zweiten Reflektor 24B geschnitten wird (durch den Pfeil 74 angezeigt). Es ist auch wünschenswert, dass die Ausgangsfacette 42 in einem schrägen Winkel zur Ausbreitungsrichtung der Grund-, Zweite-Harmonische-, Dritte-Harmonische- und Vierte-Harmonische-Strahlung orientiert ist, die auf die Ausgangsfacette 42 aus dem FHG 40 einfällt (durch den Pfeil 76 angedeutet). In der Praxis sind die Pfeile 74 und 76 typischerweise nicht parallel zueinander. Die Ausgangsfacette 42 ist vorzugsweise Brewster-geschnitten, so dass die Ausgangsfacette 42 die Passage von Grund- und p-polarisierter Dritte-Harmonische-Strahlung nicht behindert. Der Winkel zwischen der Normalen und der Ausgangsfacette 42 und der durch den Pfeil 76 angegebenen Richtung wird etwa durch den Brewster-Winkel bestimmt:
wobei n₂ und n₁ jeweils die Brechungsindexe von FHG 40 und des Mediums außerhalb des FHG 40 sind, z. B. Luft. Es ist für die Fachperson klar, dass der Brechungsindex des FHG 40 mit der Wellenlänge variieren kann, und folglich kann der Brewster-Winkel etwas mit der Wellenlänge variieren. Die Orientierung der Ausgangsfacette 42 wird so gewählt, dass sie die Brewster-Bedingung innerhalb optimaler Herstellungstoleranzen für die Grundstrahlungsrichtung 76 erfüllt, da die Intensität des Vierte-Harmonische-Ausgangs für auf der Grundfrequenz verursachte Verluste äußerst empfindlich ist. Ferner brechen die Grundstrahlung F und die von der Ausgangsfacette 42 austretende Vierte-Harmonische-Strahlung FH in unterschiedlichen Winkeln aufgrund unterschiedlicher Brechungsindexe. Der Hohlraum 22 kann so konfiguriert sein, dass die Vierte-Harmonische-Strahlung den Hohlraum 22 als Ausgang verlässt, z. B. durch eine geeignete Dimensionierung, Krümmung, Platzierung und Orientierung des zweiten Reflektors 24B sowie des konfigurierten Einfallswinkels auf den zweiten Reflektor 24B.
Zum Erhöhen des Ausgangs der Vierte-Harmonische-Strahlung FH vom System 20 wird die Grundstrahlung 26 relativ zur Ausgangsfacette 42 p-polarisiert, z. B. parallel zur Ebene der Zeichnung in 1A, wie der Pfeil 28 andeutet. Ein Polarisationsattribut, das dem aktiven Medium 30 oder einem vom aktiven Medium 30 separaten Polarisationsauswahlgerät eigen ist, kann zusätzlich zu den Flächen 32A–32B und der Ausgangsfacette 42 zum Auswählen von linear polarisierter Grundstrahlung (einer gewünschten Polarisationsorientierung) zur Ausbreitung im Hohlraum 22 verwendet werden. Mit Bezug auf 1B, die Grundstrahlung 26 kann in der Ebene der Zeichnung p-polarisiert werden, während die Vierte-Harmonische-Strahlung FH lotrecht zur Ebene der Zeichnung s-polarisiert ist. Die s- und p-Polarisationen sind komplementär, z. B. orthogonal zueinander. Dieser Konfigurationstyp ist etwas kontraintuitiv, da die Ausgangsfacette 42 die Brewster-Bedingung für die gewünschte Ausgangsstrahlung nicht erfüllt, d. h. die Vierte-Harmonische-Strahlung FH. Folglich kann eine solche Anordnung zwar die Übertragung von aus der Ausgangsfacette 42 austretender Grundstrahlung F verbessern, aber sie kann die Übertragung der von der Ausgangsfacette 42 austretenden Vierte-Harmonische-Strahlung FH behindern. Etwa 20% der auf die Ausgangsfacette aus dem FHG 40 einfallenden Vierte-Harmonische-Strahlung FH kann als intern reflektierte Strahlung IR verloren gehen. Diese Konfiguration steht im Gegensatz zu Dritte-Harmonische- und Vierte-Harmonische-Erzeugungsansätzen des Standes der Technik, die sowohl die Grundstrahlung als auch die gewünschte Ausgangsstrahlung polarisieren, um die Brewster-Winkelbedingung an einer Ausgangsfacette zu erzielen, um solche Verluste aufgrund von interner Reflexion zu vermeiden. Die Erfinder haben ermittelt, dass mehrere Vorteile, die mit den Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung wie z. B. den in den 1A–1B veranschaulichten erzielt werden können, die Nachteile in Verbindung mit Verlusten aufgrund von interner Reflexion überwiegen. Zu diesen Vorteilen gehören ein einfacher Intrakavitätsaufbau ohne Notwendigkeit für Prismen oder AR-beschichtete Oberflächen sowie die Möglichkeit einer Phasenübereinstimmung unter Verwendung von robusten, haltbaren, nichtlinearen Materialien wie LBO als Vierte-Harmonische-Generator 40.
Zum Beispiel, der FHG 40 kann die Vierte-Harmonische-Strahlung durch eine Interaktion mit der Grundstrahlung 26 und einer Dritte-Harmonische-Strahlung TH erzeugen, die durch eine Dritte-Harmonische-Frequenz 3ω gekennzeichnet ist. Die Effizienz des FHG 40 beim Umwandeln der Dritte-Harmonische-Strahlung TH in Vierte-Harmonische-Strahlung FH kann verbessert werden, wenn sowohl die Grundstrahlung 26 als auch die Dritte-Harmonische-Strahlung TH mit Bezug auf beide Facetten 42, 44 des FHG 40 p-polarisiert sind und beide Facetten im Wesentlichen einen Brewster-Winkel mit Bezug auf die Ausbreitungsrichtung von Grundstrahlung und Dritte-Harmonische-Strahlung in FHG 40 bilden. Die Brewster-Winkel für die Grundstrahlung F und die Dritte-Harmonische-Strahlung TH können für gemeinsam genutzte Materialien und Wellenlängen im Wesentlichen identisch sein. So unterscheiden sich beispielsweise Brewster-Winkel für p-polarisierte 355 nm und 1064 nm Strahlung um etwa 0,65° in LBO, was einem Verlust der Ausgangsleistung der Dritte-Harmonische-Strahlung von etwa 0,1% aufgrund einer nicht idealen Brewster-Übereinstimmung für die Dritte-Harmonische-Strahlung entspricht.
In dem in 1A gezeigten besonderen Beispiel kann die Dritte-Harmonische-Strahlung durch einen Dritte-Harmonische-Generator (THG) 50 erzeugt werden, der sich im Resonanzhohlraum 22 befindet, z. B. zwischen dem FHG 40 und dem dritten Reflektor 24C. Der THG 50 kann ein nichtlineares Material wie z. B. einen Kristall aus Lithiumtriborat (LBO) BBO, Lithiumniobat (LiNbO₃), CLBO, die anderen oben mit Bezug auf den FHG 40 beschriebenen Materialien plus andere geeignete phasenübereinstimmende Materialien aufweisen. Der THG 50 kann die Dritte-Harmonische-Strahlung TH durch eine Interaktion zwischen der Grundstrahlung 26 und einer Zweite-Harmonische-Strahlung SH erzeugen, die durch eine Zweite-Harmonische-Frequenz 2ω gekennzeichnet ist. Die Zweite-Harmonische-Strahlung SH kann wiederum durch einen Zweite-Harmonische-Generator (SHG) 60 erzeugt werden, der sich im Resonanzhohlraum 22 befindet, z. B. zwischen dem THG 50 und dem dritten Reflektor 24C. Der Zweite-Harmonische-Generator 60 kann ebenfalls ein LBO-Kristall oder aus einem anderen nichtlinearen Material wie oben beschrieben sein. Die Kristallachsen des FHG 40, des THG 50 und des SHG 60 können in Bezug auf die Strahlungsausbreitungsrichtung darin je nach ihren jeweiligen Funktionen unterschiedlich ausgerichtet sein. Im Allgemeinen können verschiedene andere Strukturen für FHG 40, THG 50 und SHG 60 verwendet werden, einschließlich LiNbO₃, KDP (und Isomorphe) oder LiIO₃-Kristalle sowie quasi phasenabgestimmte Materialien wie periodisch gepoltes Lithiumtantalat, Lithiumniobat, periodisch gepoltes Lithiumniobat (PPLN) oder KTP. In einem quasi phasenabgestimmten Material können die Grund- und Höher-Harmonische-Strahlung identische Polarisationen haben.
Der THG 50 und der SHG 60 können so konfiguriert werden, dass die Produktionseffizienz der Dritte-Harmonische-Strahlung TH verbessert wird. Insbesondere kann die Länge des SHG 60 geeigneterweise so gewählt werden, dass Grundstrahlung 26 in Zweite-Harmonische-Strahlung mit ausreichend niedriger Effizienz umgewandelt wird, damit eine starke Zirkulationsleistung in der Grundstrahlung 26 zum Mischen mit der Zweite-Harmonische-Strahlung SH und der Dritte-Harmonische-Strahlung TH bleibt. Ebenso kann die Länge des THG 50 so gewählt werden, dass die Interaktion zwischen der Zweite-Harmonische-Strahlung SH und der Grundstrahlung 26 verbessert wird, um die Dritte-Harmonische-Strahlung TH zu erzeugen. Zum Beispiel kann, für SHG 60 und THG 50, die mit LBO-Kristallen gefertigt sind, der SHG 60 eine Länge von etwa 3 mm und der THG 50 eine Länge von 15–20 mm haben. Der SHG 60 und der THG 50 können so orientiert werden, dass ein Abwandern der Zweite-Harmonische-Strahlung SH von der Grundstrahlung 26 minimiert wird, um die Effizienz zu optimieren.
Der Ausgang der Vierte-Harmonische-Strahlung FH kann durch eine geeignete Konfiguration des THG 50 verbessert werden. So kann der THG 50 beispielsweise eine Ausgangsfacette 52 haben, die der Eingangsfacette 44 des FHG 40 zugewandt ist, und eine Ausgangsfacette 44, die dem SHG 60 zugewandt ist. Die Ausgangsfacette 52 des THG 50 kann von der Eingangsfacette 44 des FHG 40 durch eine Lücke G1 getrennt sein. Der SHG 60 kann gegenüberliegende Facetten 62 und 64 haben, die jeweils der Eingangsfacette 54 des THG 50 und dem dritten Reflektor 24C zugewandt sind. Die Ausgangsfacette 62 des SHG 60 kann von der Eingangsfacette 54 des THG 50 durch eine Lücke G2 getrennt sein. Die Eingangsfacette 64 des SHG 60 kann vom dritten Reflektor 24C durch eine Lücke G3 getrennt sein. Die Facetten 62 und 64 können als Ein- und Ausgangsfacetten für den SHG 60 dienen, wie nachfolgend erläutert wird. Die Facetten 62 und 64 können ein Normal- (oder Nahe-Normal)-schnitt und eine Normal- oder Nahe-Normal)-ausrichtung zu der durch den FHG 40, den THG 50 und den SHG 60 passierenden Strahlungsrichtung sein (durch den Pfeil 76 angedeutet). Die Facetten 62 und 64 können für Strahlung bei 1064 nm und 532 nm antireflexions-(AR)-beschichtet sein. Antireflexionsbeschichtungen für bestimmte Wellenlängenbereiche sind in der Technik gut bekannt. Die Eingangsfacette 54 des THG 50 kann ebenfalls ein Nahe-Normal-Schnitt normal zur Strahlungsausbreitungsrichtung durch den THG 50 sein. Die Eingangsfacette 54 kann für Strahlung der Grundfrequenz ω und der Zweite-Harmonische-Frequenz 2ω AR-beschichtet sein, wenn die Beschichtung unter länger andauerndem Kontakt mit solcher Strahlung nicht ernsthaft leidet.
Der Ausgang der Vierte-Harmonische-Strahlung FH kann ebenfalls durch geeignetes Konfigurieren der Reflexion 24A–24C verbessert werden. Die Reflektoren können zum Festlegen der Mode des Hohlraums 22 im Verstärkungsmedium 30 und in den Zweite-, Dritte- und Vierte-Harmonische-Generatoren 60, 50, 40 angeordnet werden. In dem in 1A veranschaulichten System 20 kann es wünschenswert sein, wenn der erste und der zweite Reflektor 24A, 24B äußerst reflektierend (z. B. ein Reflexionsgrad von mehr als 99,9%) für Strahlung auf der Grundfrequenz ω ist. Der dritte Reflektor 24C kann einen hohen Reflexionsgrad für Grundstrahlung 26 und die Zweite-Harmonische-Strahlung SH haben.
Das System 20 kann Vierte-Harmonische-Strahlung wie folgt erzeugen. p-polarisierte Grundstrahlung 26, die durch das aktive Medium 30 erzeugt wird, fällt auf die Facette 62 des SHG 60. Der SHG 60 erzeugt s-polarisierte Zweite-Harmonische-Strahlung SH, von der ein Teil auf die Eingangsfacette 54 des THG 50 fällt und von der ein Teil vom dritten Reflektor 24C reflektiert wird. Für einen SHG 60 z. B. auf der Basis von LBO ist die Reaktion, die die Zweite-Harmonische-Strahlung von der Grundstrahlung erzeugt, für Wellenlängen von Interesse phasenabgestimmt, z. B. 1064 Mikron für die Grundstrahlung 26 und 532 nm für die Zweite-Harmonische-Strahlung SH. Die Polarisationsrichtung der s-polarisierten Zweite-Harmonische-Strahlung SH ist lotrecht zu der Ebene der Zeichnung in 1A. Vom dritten Reflektor 24C reflektierte Zweite-Harmonische-Strahlung fällt auf die Facette 64. Ein Strahlenabschnitt 80 zwischen dem SHG 60 und dem THG 50 beinhaltet in beiden Richtungen wandernde Grundstrahlung sowie vom SHG 60 zum THG 50 wandernde Zweite-Harmonische-Strahlung. Ein Strahlenabschnitt 82 zwischen dem SHG 60 und dem dritten Reflektor 24C beinhaltet sowohl Grundstrahlung als auch Zweite-Harmonische-Strahlung, die in beide Richtungen wandern. Grundstrahlung und Zweite-Harmonische-Strahlung fallen somit auf die Eingangsfacette 54 des THG 50.
Der THG 50 erzeugt p-polarisierte Dritte-Harmonische-Strahlung TH durch Mischen von Teilen der Grundstrahlung 26 und Zweite-Harmonische-Strahlung SH, die auf die Eingangsfacette 54 fällt. Für einen THG 50 z. B. auf der Basis von LBO ist die Reaktion, die die Dritte-Harmonische-Strahlung erzeugt, mit Wellenlängen von Interesse phasenabgestimmt, z. B. 1064 Mikron für die Grundstrahlung 26, 532 nm für die Zweite-Harmonische-Strahlung SH und etwa 355 nm für die Dritte-Harmonische-Strahlung TH. Ein Dritte-Harmonische-Strahl 90, der die Dritte-Harmonische-Strahlung TH enthält, tritt durch die Ausgangsfacette 52 aus dem THG 50 aus, wie auch ein Teil der Zweite- Harmonische-Strahlung SH und ein Teil der Grundstrahlung 26. Da die Zweite-Harmonische-Strahlung SH s-polarisiert ist, kann ein Teil der Zweite-Harmonische-Strahlung von der Ausgangsfacette 52 zurückreflektiert werden, um einen intern reflektierten Strahl 94 zu bilden. Der intern reflektierte Strahl 94 und Teile der Zweite-Harmonische-Strahlung SH, die von nachfolgenden Facetten 42 und 44 weg reflektiert werden, werden vorzugsweise so geleitet oder absorbiert, dass sie die optischen Komponenten des Systems 20 nicht beschädigen, wie für die Fachperson gute Praxis ist. Es wird häufig bevorzugt zu vermeiden, dass die Zweite-Harmonische-Strahlung SH auf Klebstoffe, Dichtungsringe oder andere Materialien trifft, die beschädigt oder abladiert werden könnten.
Der Dritte-Harmonische-Strahl 90 und ein Teil der Grundstrahlung 26 treten durch die Eingangsfacette 44 in den FHG 40 ein. Der FHG 40 erzeugt s-polarisierte Vierte-Harmonische-Strahlung FH durch Mischen von Teilen der Grundstrahlung 26 und des Dritte-Harmonische-Strahls 90, die auf die Eingangsfacette 44 fallen. Für einen FHG 40 z. B. auf der Basis von LBO ist die Reaktion, die die Vierte-Harmonische-Strahlung erzeugt, bei Wellenlängen von Interesse phasenabgestimmt, z. B. 1064 Mikron für die Grundstrahlung 26, etwa 355 nm für die Dritte-Harmonische-Strahlung TH, und 266 nm für die Vierte-Harmonische-Strahlung FH. Es ist wünschenswert, dass die Lücke G1 zwischen dem FHG 40 und dem THG 50 klein genug ist, damit die Dispersionstrennung zwischen der Grund- und der Dritte-Harmonische-Strahlung, die in den FHG 40 eintritt, im Vergleich zum Strahlendurchmesser ϕ klein ist. Zum Beispiel, und ohne die Erfindung zu beschränken, kann diese Bedingung wie folgt ausgedrückt werden: (G1)(Trennung) « ϕ [2]
Wenn die Strahlentrennung etwa 1° (etwa 1/60 Radians) beträgt, dann kann die Gleichung [2] wie folgt umgeschrieben werden: (G1) « 60ϕ [3]
Für einen Strahlendurchmesser ϕ von etwa 0,15 mm ist G1 vorzugsweise kleiner als 10 mm. In anderen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung könnte der Abstand unter Verwendung von optischer Abbildung zum Kompensieren dieses Trennungseffekts größer sein, aber auf Kosten von zusätzlicher (schadensempfindlicher) Optik.
Der Vierte-Harmonische-Strahl FH tritt durch die Ausgangsfacette 42 aus dem FHG 40 aus, wie auch ein Teil der Dritte-Harmonische-Strahlung, ein Teil der Zweite- Harmonische-Strahlung SH und ein Teil F der Grundstrahlung 26. Da die Vierte-Harmonische-Strahlung FH s-polarisiert ist, kann ein Teil der Vierte-Harmonische-Strahlung FH von der Ausgangsfacette 42 zurückreflektiert werden und geht als intern reflektierte Strahlung IR verloren. Wie oben mit Bezug auf die reflektierte Zweite-Harmonische-Strahlung erörtert, wird die reflektierte Vierte-Harmonische-Strahlung FH wünschenswerterweise vorsichtig geleitet oder absorbiert, um Schäden an empfindlichen Teilen des Systems 20 zu vermeiden. Die Ablenkungsstreuung aller Strahlen in der Darstellung von 1B ist der Deutlichkeit halber übertrieben dargestellt. Aufgrund ihrer schrägen Orientierung kann die Ausgangsfacette 42 den Querschnitt von passierender Strahlung verändern. So kann sich z. B. der Querschnitt eines Strahls nach der Passage durch die Ausgangsfacette 42 von kreisförmig auf elliptisch oder umgekehrt ändern. Wie für die Fachperson offensichtlich sein wird, können Intrakavitäts- oder Extrakavitäts-Strahlenformungselemente verwendet werden, um einen gewünschten Strahlenquerschnitt an bestimmten Intrakavitäts- oder Extrakavitätsstellen zu erzielen.
Da die Ausgangsfacette 42 zu den Strahlungsausbreitungsrichtungen innerhalb und außerhalb des FHG 40 nicht normal ist, dient die Ausgangsfacette 42 als Dispersionsfläche, die die Vierte-Harmonische-, Dritte-Harmonische-, Zweite-Harmonische- und Grundfrequenzstrahlung gemäß den Brechungsindexen des FHG 40 für jede jeweilige Wellenlänge und Polarisationsrichtung räumlich trennt. So wird in dieser Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kein separates Dispersionselement wie z. B. ein Brewster-Prisma, wie es in einigen Vierte-Harmonische-Erzeugungssystemen des Standes der Technik zum Einsatz kommt, benötigt. Dazu kommt, da die Ausgangsfacette 42 etwa einen Brewster-Winkel zur Strahlungsausbreitungsrichtung der p-polarisierten Grundstrahlung F bildet, behindert sie die Passage von Grundstrahlung F im Wesentlichen nicht. Ein Teil (aber nur sehr wenig) der p-polarisierten Dritte-Harmonische-Strahlung TH kann verloren gehen, aber dies ist nicht von Bedeutung, wenn der Vierte-Harmonische-Generator 40 einen erheblichen Teil der Dritte-Harmonische-Strahlung 90 in Vierte-Harmonische-Strahlung FH umwandelt. Ferner werden keine für UV-induzierte Schäden anfällige Antireflexionsbeschichtungen für die Ausgangsfacette 42 benötigt, ohne Verluste an Kavitätsfinesse für Grundstrahlung oder an potentiell nützlichem Ausgang auf der Dritte-Harmonische-Frequenz, wenn die Anwendung einen Ausgang für Dritte-Harmonische-Strahlung TH sowie für Vierte- Harmonische-Strahlung FH verlangt. Während etwas intern reflektierte Vierte-Harmonische-Strahlung IR durch Rückreflexion an der Ausgangsfacette 42 verloren gehen kann, kann dies z. B. durch entsprechendes Erhöhen der Intensität der von dem Verstärkungsmedium 30 erzeugten Grundstrahlung 26 kompensiert werden, um ein gewünschtes Niveau an nützlichem Ausgang an Vierte-Harmonische-Strahlung FH von dem System 20 zu erzielen.
Die Aus- und Eingangsfacette 42, 44 des FHG 40 sind zwar in 1A und 1B als im Wesentlichen parallel zueinander dargestellt, aber es sind auch andere Konfigurationen für den FHG 40 möglich. So zeigt 1C z. B. eine alternative Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, in der ein FHG 40' eine im Wesentlichen prismatische oder trapezförmige Gestalt hat. Der FHG 40' hat Ein- und Ausgangsfacetten 42', 44'. Die Ausgangsfacette 42 könnte einen Brewster-Winkel OB mit Bezug auf Grundstrahlung 26 haben, ist aber nicht parallel zur Eingangsfacette 44'. Vorzugsweise weichen die beiden Facetten 42', 44' um 180°–2θ_B von der Parallelen ab. Die anderen Komponenten des Systems 20 können auf geeignete Weise so konfiguriert werden, dass sie den FHG 40' aufnehmen. So könnte beispielsweise ein THG 50', der mit dem FHG 40' optisch gekoppelt ist, eine Facette 52' haben, die sich neben und im Wesentlichen parallel zu der Eingangsfacette 44' des FHG 40' befindet. Eine solche Konfiguration kann beispielsweise wünschenswert sein, um die Winkelverschiebung zwischen der Grundstrahlung F und der Vierte-Harmonische-Strahlung FH zu erhöhen.
Es wird für die Fachperson klar sein, dass die obige Ausgestaltung in vielerlei Hinsichten geändert werden kann, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. So braucht beispielsweise der Resonanzhohlraum nicht linear zu sein oder es können auch Faltringhohlräume verwendet werden. Die Positionen oder Orientierungen von FHG 40, THG 50 und SHG 60 relativ zueinander und relativ zum aktiven Medium 30 können geändert werden. Zusätzliche Polarisationsregelgeräte können zusätzlich zu oder anstatt von Aktivmedium-Brewster-Flächen zum Regeln der Polarisationskennwerte von Intrakavitätsstrahlung verwendet werden. Es kann Einzelmoden- oder Multitransversal- oder Multilongitudinalmodenmetrieb angewendet werden. Ein Q-Schalter oder Modenkoppler wird nicht benötigt. Es können mehrere Intrakavitäts- oder Extrakavitätspolarisationsselektive Elemente wie z. B. Brewster-Platten oder dichroitische Reflektoren verwendet werden. Ein polarisationsselektives Element ist nicht unbedingt notwendig.
Das oben Gesagte ist zwar eine vollständige Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, aber es sind verschiedene Alternativen, Modifikationen und Äquivalente möglich. Daher sollte der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht mit Bezug auf die obige Beschreibung, sondern stattdessen mit Bezug auf die beiliegenden Ansprüche zusammen mit deren vollem Umfang von Äquivalenten bestimmt werden. Die beiliegenden Ansprüche sind nicht als Mittel-plus-Funktion-Beschränkungen zu interpretieren, es sei denn, dass eine solche Beschränkung in einem bestimmten Anspruch mit dem Ausdruck „Mittel für" ausdrücklich angeführt ist.

Claims

Optisches Vierte-Harmonische-Erzeugungssystem (20), das Folgendes umfasst: einen Resonanzhohlraum (22), der zum Tragen von elektromagnetischer Strahlung (26) einer Grundfrequenz konfiguriert ist; einen Dritte-Harmonische-Generator (50) mit einer Ausgangsfacette (52), wobei der Dritte-Harmonische-Generator in dem Resonanzhohlraum (22) angeordnet und so konfiguriert ist, dass er elektromagnetische Strahlung (TH) einer Dritte-Harmonische-Frequenz von einer Interaktion mit Strahlung (26) der Grundfrequenz erzeugt; und einen Vierte-Harmonische-Generator (40), der in dem Resonanzhohlraum (22) angeordnet und so konfiguriert ist, dass er elektromagnetische Strahlung (FH) einer Vierte-Harmonische-Frequenz von einer Interaktion mit Strahlung der Grundfrequenz und der Dritte-Harmonische-Frequenz erzeugt, wobei der Vierte-Harmonische-Generator eine Eingangsfacette (44) zum Empfangen der Strahlung der Dritte-Harmonische-Frequenz von der Ausgangsfacette (52) des Dritte-Harmonische-Generators (50) sowie eine Ausgangsfacette (42) zum Emittieren der elektromagnetischen Strahlung (FH) der Vierte-Harmonische-Frequenz aufweist; wobei die Strahlung (26) der Grundfrequenz und die Strahlung (TH) der Dritte-Harmonische-Frequenz durch eine p-Polarisierung gekennzeichnet ist, die zu einer s-Polarisierung komplementär ist, die die Vierte-Harmonische-Strahlung (FH) charakterisiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsfacette (44) und die Ausgangsfacette (42) des Vierte-Harmonische-Generators (40) sowie die Ausgangsfacette (52) des Dritte-Harmonische-Generators (50) jeweils im Wesentlichen in einem Brewster-Winkel in Bezug auf die elektromagnetische Strahlung (26) der Grundfrequenz ausgerichtet sind, um Rückreflexionen der Grundstrahlung (26) von den genannten Facetten ohne Antireflexionsbeschichtung davon zu unterdrücken, und damit Strahlung (26) der Grundfrequenz und Strahlung (FH) der Vierte-Harmonische-Frequenz, die von der Ausgangsfacette (42) austreten, beim Austreten von der Ausgangsfacette (42) räumlich getrennt werden können.
System nach Anspruch 1, wobei der Dritte-Harmonische-Generator (50) so konfiguriert ist, dass er die Dritte-Harmonische-Strahlung (TH) durch eine Interaktion mit Strahlung (26) der Grundfrequenz und der Zweite-Harmonische-Strahlung (SH) erzeugt, gekennzeichnet durch eine Frequenz, die einer zweiten Harmonischen der Grundfrequenz entspricht.
System nach Anspruch 2, das ferner Folgendes umfasst: einen Zweite-Harmonische-Generator (60), der in dem Resonanzhohlraum (22) angeordnet und so konfiguriert ist, dass er die elektromagnetische Strahlung (SH) der Zweite-Harmonische-Frequenz von der Strahlung (26) der Grundfrequenz erzeugt; wobei die Grundstrahlung (26) und die Dritte-Harmonische-Strahlung (TH) durch eine p-Polarisierung gekennzeichnet sind, die komplementär zu einer s-Polarisierung ist, die die Zweite-Harmonische-Strahlung (SH) und die Vierte-Harmonische-Strahlung (FH) kennzeichnet, wobei die Ausgangsfacette (42) des Vierte-Harmonische-Generators (40) eine Ausgangsfacette (42) hat, die im Wesentlichen in einem Brewster-Winkel in Bezug auf die elektromagnetische Strahlung (26) der Grundfrequenz und die elektromagnetische Strahlung (TH) der Dritte-Harmonische-Frequenz ausgerichtet ist.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Ausgangsfacette (42) des Vierte-Harmonische-Generators (40) im Wesentlichen unbeschichtet ist.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, das ferner ein Mittel (30) aufweist, das in dem Resonanzhohlraum (22) zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung (26) der Grundfrequenz angeordnet ist.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Eingangsfacette (42) des Vierte-Harmonische-Generators (40) im Wesentlichen unbeschichtet ist.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Eingangsfacette (42) und die Ausgangsfacette (44) des Vierte-Harmonische-Generators (40) im Wesentlichen parallel zueinander sind.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Eingangsfacette (42) und die Ausgangsfacette (44) des Vierte-Harmonische-Generators nicht parallel zueinander sind.
System nach Anspruch 8, wobei die Eingangsfacette (42) und die Ausgangsfacette (44) des Vierte-Harmonische-Generators um etwa 180°–2θ_B von einer Parallelbeziehung zueinander abweichen, wobei θ_B der Brewster-Winkel ist.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Resonanzhohlraum (22) so konfiguriert ist, dass Strahlung (FH) der Vierte-Harmonische-Frequenz, die von der Ausgangsfacette (44) austritt, den Resonanzhohlraum (22) als Ausgangsstrahlung verlässt.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Vierte-Harmonische-Generator (40) einen Kristall aufweist, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lithiumtriborat (LBO), Betabariumborat (BBO), Cäsiumlithiumborat (CLBO), KTP, isomorphen Typen von KTP, ADA, ADP, CBO, DADA, DADP, DKDP, DLAP, DRDP, KARO, KDA, KDP, LB4 oder LFM.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Reaktion, die die Vierte-Harmonische-Strahlung (FH) erzeugt, im Vierte-Harmonische-Generator (40) phasenabgestimmt wird.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei eine Distanz zwischen der Eingangsfacette (44) des Vierte-Harmonische-Generators (40) und der Ausgangsfacette (52) des Dritte-Harmonische-Generators (50) klein genug ist, damit eine Dispersionstrennung zwischen der Grund- (26) und der Dritte-Harmonische-Strahlung (TH), die in den Vierte-Harmonische-Generator (40) eintreten, im Vergleich zu einem Strahlendurchmesser der genannten Strahlung klein ist.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Ausgangsfacette (42) des Vierte-Harmonische-Generators beständig gegen optische Schäden ist, die durch die genannte Strahlung (FH) der Vierte-Harmonische-Frequenz oder die genannte Strahlung (TH) der genannten Dritte-Harmonische-Frequenz verursacht werden.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, das ferner ein optisches Verstärkungsmedium (30) umfasst, das sich innerhalb des Resonanzhohlraums befindet.
System nach Anspruch 15, wobei sich der Vierte-Harmonische-Generator (40) entlang einem Lichtweg zwischen dem Verstärkungsmedium (30) und dem Dritte-Harmonische-Generator (50) befindet, so dass eine Eingangsfacette (44) des Vierte-Harmonische-Generators (40) dem Dritte-Harmonische-Generator (50) zugewandt ist und die Ausgangsfacette (42) dem Verstärkungsmedium (30) zugewandt ist.
System nach Anspruch 15, das ferner einen Q-Schalter (38) umfasst, der in dem Resonanzhohlraum (22) angeordnet ist.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Eingangsfacette (44) des Vierte-Harmonische-Generators (40) im Wesentlichen in einem Brewster-Winkel in Bezug auf elektromagnetische Strahlung (26) der Grundfrequenz und elektromagnetische Strahlung (TH) der Dritte-Harmonische-Frequenz ausgerichet ist.
System nach Anspruch 18, wobei die Eingangsfacette (44) und die Ausgangsfacette (42) des Vierte-Harmonische-Generators (40) im Wesentlichen unbeschichtet sind.
System nach Anspruch 18, wobei der Dritte-Harmonische-Generator (50) so angeordnet ist, dass die Ausgangsfacette (52) der Eingangsfacette (44) des Vierte-Harmonische-Generators (40) zugewandt ist, wobei die Ausgangsfacette (52) des Dritte-Harmonische-Generators (50) im Wesentlichen in einem Brewster-Winkel θ_B in Bezug auf elektromagnetische Strahlung (26) der Grundfrequenz und elektromagnetische Strahlung (TH) der Dritte-Harmonische-Frequenz ausgerichtet ist.
System nach Anspruch 20, wobei die Eingangsfacette (44) und die Ausgangsfacette (42) des Vierte-Harmonische-Generators (40) im Wesentlichen parallel zueinander sind.
System nach Anspruch 20, wobei die Eingangsfacette (44) und die Ausgangsfacette (42) des Vierte-Harmonische-Generators (40) nicht parallel zueinander sind.
System nach Anspruch 22, wobei die Eingangsfacette (44) und die Ausgangsfacette (42) um etwa 180°–2θ_B von einer Parallelbeziehung zueinander abweichen.
System nach Anspruch 20, wobei die Eingangsfacette (44) und die Ausgangsfacette (42) des Vierte-Harmonische-Generators (40) und die Ausgangsfacette (52) des Dritte-Harmonische-Generators (50) im Wesentlichen unbeschichtet sind.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, das ferner Mittel zum räumlichen Trennen der Grundstrahlung (26) von der Vierte-Harmonische-Strahlung (FH) an der Ausgangsfacette (42) des Vierte-Harmonische-Generators (40) beinhaltet.
Optisches-Vierte-Harmonische-Erzeugungsverfahren, das die folgenden Schritte beinhaltet: Resonierenlassen von elektromagnetischer Strahlung (26) einer Grundfrequenz in einem Hohlraum (22); Erzeugen von Strahlung (TH) einer dritten Harmonischen der Grundfrequenz mit einem in dem Hohlraum angeordneten Dritte-Harmonische-Generator (50), wobei der Dritte-Harmonische-Generator eine Ausgangsfacette (52) hat, Erzeugen von Strahlung (FH) einer vierten Harmonischen der Grundfrequenz unter Verwendung eines Vierte-Harmonische-Generators (40), der eine Ausgangsfacette (42) und eine Eingangsfacette (44) hat und in dem Hohlraum zum Empfangen der Strahlung einer dritten Harmonischen von der Ausgangsfacette (52) des Dritte- Harmonische-Generators (50) angeordnet ist, wobei die Grundstrahlung (26) und die Strahlung (TH) der dritten Harmonischen durch eine p-Polarisierung gekennzeichnet sind, die komplementär zu einer s-Polarisierung ist, die die Vierte-Harmonische-Strahlung (FH) charakterisiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner das räumliche Trennen der Grundstrahlung (26) von der Vierte-Harmonische-Strahlung (FH) an einer Ausgangsfacette (42) des Vierte-Harmonische-Generators (40) beinhaltet, die im Wesentlichen in einem Brewster-Winkel mit Bezug auf die elektromagnetische Strahlung (26) der Grundfrequenz ausgerichtet ist, wobei die Eingangsfacette (44) des Vierte-Harmonische-Generators (40) und die Ausgangsfacette (52) des Dritte-Harmonische-Generators (50) im Wesentlichen in einem Brewster-Winkel mit Bezug auf die elektromagnetische Strahlung (26) der Grundfrequenz ausgerichtet sind.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Erzeugen der Vierte-Harmonische-Strahlung (FH) eine Interaktion zwischen der Grundstrahlung (26) und der Strahlung (TH) mit einer Frequenz beinhaltet, die einer dritten Harmonischen der Grundfrequenz entspricht.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei der Vierte-Harmonische-Generator (40) einen Kristall aufweist, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lithiumtriborat (LBO), Betabariumborat (BBO), Cäsiumlithiumborat (CLBO), KTP, isomorphen Typen von KTP, ADA, ADP, CBO, DADA, DADP, DKDP, DLAP, DRDP, KARO, KDA, KDP, LB4 oder LFM.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei eine Reaktion, die die Vierte-Harmonische-Strahlung (FH) erzeugt, im Vierte-Harmonische-Generator (40) phasenabgestimmt ist.
Verfahren nach Anspruch 26, das ferner das Erzeugen der elektromagnetischen Strahlung (26) der Grundfrequenz beinhaltet.