DE102007004235B3 - Light beam frequency conversion method by cesium lithium borate crystals, involves passing through of light beam with input light power along optical path interspersing cesium lithium borate crystal with output light power - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Frequenzkonversion eines Lichtstrahls mittels eines CLBO-Kristalls, bei dem ein Lichtstrahl mit einer Eingangslichtleistung durch den CLBO-Kristall längs eines den CLBO-Kristalls durchsetzenden Lichtweges erstmalig hindurch tritt zum Erhalt eines frequenzverdoppelte Wellenlängenanteile enthaltenden Lichtstrahls mit einer Ausgangslichtleistung.The The invention relates to a method for frequency conversion a light beam by means of a CLBO crystal, in which a light beam with an input light power through the CLBO crystal along a for the first time through the light path passing through the CLBO crystal occurs to obtain a frequency doubled wavelength component containing light beam with an output light power.
Stand der TechnikState of the art
Eine Möglichkeit zur Erzeugung von ultraviolettem Licht nutzt den Effekt der Frequenzkonversion mittels nichtlinear optischer Materialien, vorzugsweise in Form doppelbrechender Kristalle, die in Wechselwirkung mit leistungsstarkem Licht, insbesondere Form eines Laserstrahls treten. Derartige Kristalle verfügen zumeist über Transmissionseigenschaften, die sich für Lichtstrahlen mit kleiner werdenden Wellenlängen verschlechtern, so dass zugleich auch die Effizienz für die Frequenzkonversion bei Wellenlängen von 300 nm und kleiner abnimmt. Unter den derzeit bekannten nichtlinear optischen Kristallen zeichnet sich insbesondere CsLiB6O10, oder kurz „CLBO", als besonders bevorzugtes Kristallmaterial für die Erzeugung von ultraviolettem Licht mit Wellenlängen von unter 300 nm aus. Der CLBO-Kristall ist weitgehend transparent für Wellenlängen bis hinab zu 180 nm und verfügt über einen großen Winkelbereich zur Phasenanpassung für die sich innerhalb des Kristalls ausbreitenden Grund- und Oberwelle, die es gilt zu Zwecken einer effizienten Frequenzkonversion in konstruktive Überlagerung zu bringen.One way to generate ultraviolet light utilizes the effect of frequency conversion by means of non-linear optical materials, preferably in the form of birefringent crystals, which interact with high-power light, in particular the shape of a laser beam. Such crystals usually have transmission properties that deteriorate for light beams with decreasing wavelengths, so that at the same time the efficiency for the frequency conversion at wavelengths of 300 nm and smaller decreases. Among the currently known non-linear optical crystals, CsLiB 6 O 10 , or "CLBO" for short, is a particularly preferred crystal material for the generation of ultraviolet light having wavelengths below 300 nm The CLBO crystal is largely transparent down to wavelengths to 180 nm and has a large angular range for phase matching for the fundamental and harmonic waves propagating within the crystal which must be placed in constructive superposition for purposes of efficient frequency conversion.
Diese Eigenschaften verhelfen dem CLBO-Kristall zu einem nahezu idealen optischen Element, mit dem es möglich ist, im Wege der Summenfrequenzmischung oder Frequenzverdopplung Lichtwellenlängen von 300 nm und darunter zu erzeugen. Eine technisch bereits realisierte Variante zur Erzeugung von kurzwelligem UV-Licht stellt die Frequenz-Vervier- oder Verfünffachung eines aus einem Neodym-Laser austretenden Laserstrahls mit einer Fundamentalwellenlänge von 1064 nm dar. Hierbei wird der Laserstrahl mit der Fundamentalwellenlänge von 1064 nm durch einen ersten nichtlinear optischen Kristall, vorzugsweise durch einen LBO-Kristall geführt, in dem Anteile der Fundamentalwellenlänge eine Frequenzverdopplung erfahren, wodurch Lichtanteile mit einer Wellenlänge von 532 nm generiert werden. Zur weiteren Frequenzverdopplung der bereits verdoppelten Fundamentalwellenlänge dient nun der CLBO-Kristall, mit dem es möglich ist, relativ zur Fundamentalwellenlänge Frequenzvervierfachte Wellenlängenanteile von 266 nm zu generieren. Auch konnten bereits Frequenzverfünffachte Wellenlängen von 213 nm sowie Summenfrequenz-Mischungen bis hinab zu 198 nm mit Hilfe des CLBO-Kristalls erzeugt werden.These Properties make the CLBO crystal almost ideal optical element with which it is possible is, by way of sum frequency mixing or frequency doubling Light wavelengths of 300 nm and below. A technically already realized Variant for generating short-wave UV light represents the frequency-quadrature or fivefold a laser beam emerging from a neodymium laser with a fundamental wavelength of 1064 nm. Here, the laser beam with the fundamental wavelength of 1064 nm through a first nonlinear optical crystal, preferably passed through a LBO crystal, in the proportions of the fundamental wavelength, a frequency doubling learn, which generates light components with a wavelength of 532 nm. To further frequency doubling the already doubled fundamental wavelength now serves the CLBO crystal that makes it possible is frequency quadrupled wavelength components relative to the fundamental wavelength of 266 nm. Also already frequency fivefold could wavelength from 213 nm as well as sum frequency mixtures down to 198 nm with Help the CLBO crystal are generated.
Neben den vorstehend dargelegten positiven Eigenschaften des CLBO-Kristalls in Bezug auf die nichtlinear optischen Eigenschaften sind als Nachteile einerseits die ausgeprägte Hygroskopie des CLBO-Kristalls zu nennen und andererseits der möglicherweise damit verbundene, bei erstmaliger Durchstrahlung des Kristalls mit Laserlicht auftretende, im Folgenden als Annealing-Effekt bezeichnet, der sich darin äußert, dass sich in einem noch unbestrahlten Kristallbereich bei erstmaliger Durchstrahlung mit intensivem Laserlicht die eingangs erwähnte Phasenanpassung zwischen der Grund- sowie Oberwelle über eine gewisse Zeitdauer ändert. Gewünscht ist jedoch in den meisten Fällen ein leistungsoptimierter Laserstrahl, der innerhalb des CLBO-Kristalls mit einer möglichst hohen Konversionseffizienz frequenzkonvertiert wird. Dies setzt jedoch stets eine Phasenanpassung voraus.Next the above-described positive properties of the CLBO crystal in terms of nonlinear optical properties are considered disadvantages on the one hand the pronounced To call hygroscopicity of the CLBO crystal and possibly the other associated with, upon first irradiation of the crystal with Laser light occurring, hereinafter referred to as the annealing effect, which expresses itself in that in a still unirradiated crystal area at first Radiation with intense laser light the initially mentioned phase matching between the fundamental and harmonic changes over a certain period of time. Desired, however in most cases a power optimized laser beam inside the CLBO crystal with one as possible high conversion efficiency is frequency converted. This sets however always preceded by a phase adaptation.
Zur Kompensation der durch den Annealing-Effekt hervorgerufenen Änderung der Phasenanpassung wird in an sich bekannter Weise die Kristalltemperatur des CLBO-Kristalls unter Maßgabe einer Optimierung der Konversionseffizienz geregelt, um letztlich die frequenzkonvertierte Ausgangslichtleistung weitgehend konstant zu halten. Mit einer derartigen Maßnahme ändern sich jedoch die Strahlparameter des Ausgangslichtstrahls, beispielsweise der Strahldurchmesser. Dies ist jedoch ist in vielen Anwendungsfällen unerwünscht.to Compensation of the change caused by the annealing effect the phase matching becomes the crystal temperature in a manner known per se of the CLBO crystal under proviso An optimization of the conversion efficiency is regulated in the end the frequency-converted output light power largely constant to keep. With such a measure, however, change the beam parameters the output light beam, for example, the beam diameter. However, this is undesirable in many applications.
Aus
der
Auch
aus der
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Frequenzkonversion eines Lichtstrahls mittels eines CLBO-Kristalls, bei dem ein Lichtstrahl mit einer Eingangslichtleistung durch den CLBO-Kristall längs eines den CLBO-Kristall durchsetzenden Lichtweges zum Erhalt eines frequenzverdoppelte Wellenlängenanteile enthaltenden Lichtstrahls mit einer Ausgangslichtleistung erstmalig hindurch tritt, derart weiterzubilden, dass zur Kompensation des Annealing-Effektes, der beim erstmaligen Durchtritt eines intensiven Lichtstrahls durch einen CLBO-Kristall während einer ersten Zeitdauer auftritt, Maßnahmen zu treffen sind, die einerseits ein Konstanthalten der Ausgangslichtleistung ermöglichen und andererseits für gleich bleibende Strahlparameter sorgen. So ist es für eine Vielzahl von Anwendungsfällen wünschenswert, frequenzkonvertierte Lichtstrahlen mit Wellenlängen bis zu 300 nm und darunter im Wege der Frequenzkonversion mittels eines CLBO-Kristalls unmittelbar nach Inbetriebnahme des CLBO-Kristalls mit gleich bleibender Lichtleistung und Strahlparameter zur Verfügung zu stellen.The invention is based on the object, a method for frequency conversion of a light beam by means of a CLBO crystal, in which a Light beam with an input light power through the CLBO crystal along a the CLBO crystal passing through the light path for receiving a frequency-doubled wavelength light beam containing light beam with an output light output first passes through, such that to compensate for the annealing effect, the first passage of an intense light beam through a CLBO crystal occurs during a first period of time, measures are to be taken, on the one hand to keep the output light output constant and on the other hand ensure uniform beam parameters. Thus, it is desirable for a variety of applications, frequency-converted light beams with wavelengths up to 300 nm and below by way of frequency conversion by means of a CLBO crystal immediately after commissioning of the CLBO crystal with constant light output and beam parameters available.
Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie insbesondere der weiteren Beschreibung zu entnehmen.The solution the object underlying the invention is specified in claim 1. The concept of the invention advantageously further-forming features Subject of the dependent claims and in particular the further description.
Grundsätzlich wäre es wünschenswert, ein Kristallmaterial zur Verfügung zu stellen, das über gleich bleibende nichtlinear optische Eigenschaften verfügt und somit keinen Annealing-Effekt zeigt. Derartige Kristallmaterialien sind jedoch bis dato weder bekannt noch verfügbar.In principle, it would be desirable a crystal material available to put that about the same has permanent nonlinear optical properties and thus shows no annealing effect. Such crystal materials are however, neither known nor available to date.
Lösungsgemäß zeichnet sich somit ein Verfahren zur Frequenzkonversion eines Lichtstrahls mittels eines CLBO-Kristalls gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 dadurch aus, dass der CLBO-Kristall vor und/oder während des Hindurchtretens des Lichtstrahls durch den CLBO-Kristall auf eine Ausgangstemperatur TA gebracht wird, die zumindest für eine erste Zeitdauer t1 konstant gehalten wird. Um die Ausgangslichtleistung konstant zu halten, wird während der ersten Zeitdauer t1 ausschließlich die Eingangslichtleistung gestellt. Eine Temperaturänderung des CLBO-Kristalls findet zumindest während der ersten angegebenen Zeitdauer t1 ausdrücklich nicht statt, so dass hierdurch gewährleistet werden kann, dass die Strahlparameter konstant gehalten werden.According to the solution, therefore, a method for frequency conversion of a light beam by means of a CLBO crystal according to the features of the preamble of claim 1 is characterized in that the CLBO crystal before and / or during the passage of the light beam through the CLBO crystal to an initial temperature T A is brought, which is kept constant at least for a first time period t 1 . In order to keep the output light power constant, only the input light power is set during the first time period t 1 . A temperature change of the CLBO crystal does not take place at least during the first indicated time period t 1 , so that it can be ensured that the jet parameters are kept constant.
Das lösungsgemäße Verfahren vermeidet somit bewusst ein Anpassen der Kristalltemperatur-, das typischerweise zu Zwecken der Effizienzoptimierung für die Frequenzkonversion angewendet wird. Zumindest während der Zeitdauer eines ersten Strahldurchtrittes längs eines Lichtweges durch den CLBO-Kristall, in der eine durch den Annealing-Effekt bedingte Änderung der Phasenanpassung zu tragen kommt, nimmt man dabei einerseits eine durch eine verminderte Konversionseffizienz bedingte schlechtere Ausgangsleistung in Kauf, wobei andererseits von Beginn an mit dem Strahldurchtritt durch den CLBO-Kristall ein aus dem CLBO-Kristall austretender Laserstrahl mit stets gleich bleibenden Strahlparametern gewonnen wird.The Solution-based method thus deliberately avoids adjusting the crystal temperature, the typically for efficiency tuning purposes for frequency conversion is applied. At least during the duration of a first beam passage along a light path through the CLBO crystal, in which a change caused by the annealing effect the phase adaptation comes to bear, one takes on the one hand a worse due to a reduced conversion efficiency worse Output power in purchase, on the other hand from the beginning with the Beam passing through the CLBO crystal from the CLBO crystal emerging laser beam with constant beam parameters is won.
Zu Beginn der Durchstrahlung des CLBO-Kristalls längs eines Lichtweges wird der Kristall vorzugsweise auf eine Ausgangstemperatur TA gebracht, die zwischen einer ersten Temperatur T0 und einer zweiten Temperatur T1 liegt, wobei T0 die optimale Phasenanpassungstemperatur eines CLBO-Kristalls längs eines Lichtweges ist, längs dem erstmalig ein Lichtstrahl hindurch tritt, und T1 die optimale Phasenanpassungstemperatur eines CLBO-Kristalls längs eines Lichtweges, längs dem ein Lichtstrahl bereits seit der ersten Zeitdauer t1 hindurch tritt, in der sich der Annealing-Effekt bemerkbar macht. Somit ist festzustellen, dass das lösungsgemäße Verfahren von der bisherigen Praxis bewusst abrückt, gemäß der von Anfang an die Effizienzoptimierung der Frequenzkonversion im Mittelpunkt steht. Vielmehr wird lösungsgemäß vorgeschlagen, die Effizienz der Frequenzkonversion zumindest in einer ersten Zeitdauer t1, in der der Kristall erstmalig längs eines Lichtweges durchstrahlt wird, mit einer nicht optimierten Phasenanpassungstemperatur zu betreiben, zum Zwecke eines frequenzkonvertierten Laserstrahls mit konstanter Ausgangslichtleistung und konstanten Strahlparametern.At the beginning of the irradiation of the CLBO crystal along a light path, the crystal is preferably brought to an initial temperature T A which is between a first temperature T 0 and a second temperature T 1 , where T 0 is the optimum phase matching temperature of a CLBO crystal along a light path is, along the first time a light beam passes through, and T 1, the optimum phase matching temperature of a CLBO crystal along a light path along which a light beam already passes since the first time period t 1 , in which the annealing effect is noticeable. Thus, it should be noted that the method according to the solution deliberately departs from the previous practice, according to which the efficiency optimization of the frequency conversion is the focus from the beginning. Rather, according to the solution proposed, the efficiency of the frequency conversion at least in a first time t 1 , in which the crystal is irradiated for the first time along a light path to operate with a non-optimized phase matching, for the purpose of a frequency-converted laser beam with constant output light power and constant beam parameters.
In Abhängigkeit der einzelnen CLBO-Kristalle hinsichtlich Form, Größe und insbesondere auch in Abhängigkeit der Lichtintensität, mit der der CLBO-Kristall durchstrahlt wird, betragen die Zeitdauern t1, in der der Annealing-Effekt zu einer merklichen Änderung der Phasenanpassung führt, typischerweise 40 bis 60 Stunden, in denen lösungsgemäß die Ausgangslichtleistung durch Stellen der Eingangslichtleistung zum Erhalt einer konstanten Ausgangslichtleistung mit konstanten Strahlparametern geregelt wird.Depending on the individual CLBO crystals in terms of shape, size and in particular also as a function of the light intensity with which the CLBO crystal is irradiated, the time periods t 1 in which the annealing effect leads to a noticeable change in the phase matching are typically 40 up to 60 hours, in which, according to the solution, the output light power is regulated by setting the input light power to obtain a constant output light power with constant beam parameters.
Kommt der Annealing-Effekt nach Überdauern der Zeitdauer t1 zum Erliegen, d.h. das Phasenanpassungsverhalten des CLBO-Kristalls bleibt auch während weiterer Durchstrahlung mit Lichtstrahl gleich und ändert sich nicht oder nicht merklich, so wird vorzugsweise eine Nachführung der CLBO-Kristalltemperatur durchgeführt unter Maßgabe der Optimierung der Phasenanpassung und einer damit verbundenen Effizienzsteigerung der Frequenzkonversion. Die dabei auftretenden Veränderungen der Strahlparameter sind vernachlässigbar. Hierdurch wird es möglich, die Eingangslichtleistung zu reduzieren, um die Ausgangslichtleistung bedingt durch eine Effizienzsteigerung der Frequenzkonversion auf gleichem Niveau zu belassen. An dieser Stelle wird gleichfalls deutlich, dass das lösungsgemäße Verfahren bewusst in Kauf nimmt, dass die tatsächlich mit dem Verfahren erzeugte Ausgangslichtleistung kleiner ist als eine theoretisch und praktisch maximal erzeugbare Ausgangslichtleistung.If the annealing effect comes to a standstill after the duration t 1 has lapsed, ie the phase matching behavior of the CLBO crystal remains the same even during further irradiation with a light beam and does not change or does not change appreciably, then the CLBO crystal temperature is preferably corrected in accordance with Optimization of the phase matching and an associated increase in efficiency of the frequency conversion. The occurring changes of the beam parameters are negligible. This makes it possible to reduce the input light power to leave the output light power due to an increase in efficiency of the frequency conversion at the same level. At this point it also becomes clear that the solution consciously accepts the fact that the output light power actually generated by the method is smaller than a theoretically and practically maximum producible output light power.
Bedingt durch lichtinduzierte Kristalldegradationen nimmt die Ausgangslichtleistung des zumindest anteilig frequenzkonvertierten Lichtstrahls durch den CLBO-Kristall ab, so dass es nach Erreichen einer maximalen Durchstrahlungsdauer längs eines Lichtweges durch den CLBO-Kristall erforderlich ist, durch laterales Verschieben des CLBO-Kristalls längs des Lichtweges einen neuen, „unverbrauchten" Lichtweg durch den CLBO-Kristall anzufahren (Kristall-Shift). Die erneute Durchstrahlung des CLBO-Kristalls erfolgt gleichsam auf der Grundlage des lösungsgemäßen Verfahren, nämlich durch ausschließliche Regelung der Ausgangslichtleistung durch Stellen der Eingangslichtleistung zum Erhalt einer konstanten Ausgangslichtleistung mit gleich bleibenden Strahlparametern. In vorteilhafter Weise hat man jedoch bei allen nachfolgenden Kristalldurchstrahlungen längs unverbrauchter Lichtwege eine genaue Kenntnis über das Zeitfenster t1, während dessen der Annealing-Effekt, wie vorstehend beschrieben, zum Tragen kommt.Due to light-induced crystal degradation, the output light output of the at least partially frequency-converted light beam decreases through the CLBO crystal, so that it is necessary after reaching a maximum transmission time along a light path through the CLBO crystal, by lateral displacement of the CLBO crystal along the light path a new The re-irradiation of the CLBO crystal takes place on the basis of the method according to the solution, namely by exclusively controlling the output light power by setting the input light power to obtain a constant output light power with the same However, in all subsequent crystal transmissions along unused light paths, it is advantageous to have precise knowledge of the time window t 1 , during which the annealing effect, as described above rubbed, comes to fruition.
Wie bereits eingangs erwähnt, wird der CLBO-Kristall bevorzugt zur Frequenz-Vervierfachung, Frequenz-Verfünffachung sowie auch zur Frequenz-Mischung ausgehend von einem aus einem Neodym-Laser emittierten Lichtstrahl mit der Fundamentalwellenlänge von 1064 nm eingesetzt. Hierzu durchläuft der vom Laser emittierte Fundamentallaserstrahl zunächst einen bezüglich der Phasenanpassung nicht kritischen LBO-Kristall, längs dem Wellenlängenanteile mit doppelter Frequenz, d.h. Wellenlängen von 532 nm erzeugt werden. Nachfolgend durchläuft der frequenzverdoppelte Wellenlängenanteile enthaltende Laserstrahl den CLBO-Kristall, in dem durch abermalige Frequenzkonversion des bereits frequenzverdoppelten Fundamentallaserstrahls Wellenlängen von 266 nm generierbar sind. In der Regel werden sowohl der LBO- als auch der CLBO-Kristall temperaturkontrolliert.As already mentioned at the beginning, For example, the CLBO crystal is preferred for frequency quadrupling, frequency fivefold as well as for frequency mixing starting from one of a neodymium laser emitted light beam with the fundamental wavelength of 1064 nm used. For this purpose, the emitted by the laser Fundamental laser beam first a respect the phase matching non-critical LBO crystal, along the wavelength components with double frequency, i. Wavelengths of 532 nm are generated. Subsequently goes through the frequency doubled wavelength components containing laser beam the CLBO crystal, in which by again Frequency conversion of the already frequency-doubled fundamental laser beam wavelength can be generated from 266 nm. As a rule, both the LBO as well as the CLBO crystal temperature controlled.
Lösungsgemäß wird im Falle des vorstehenden Ausführungsbeispiels die optische Pumpleistung, mit der der Neodym-Laser betrieben wird, zum Zwecke der Konstanthaltung der aus dem CLBO-Kristall austretenden Ausgangslichtleistung variiert. Gleichfalls wird auch die Kristalltemperatur des LBO-Kristalls auf einen vorgebbaren Temperaturwert gesetzt, wodurch der zumindest anteilig aus dem LBO-Kristall austretende frequenzverdoppelte Lichtstrahl eine konstante Lichtleistung behält. Somit kann die Ausgangslichtleistung des aus dem CLBO-Kristall austretenden Lichtstrahls durch Stellen der optischen Pumpleistung des Nd:YAG-Lasers geregelt werden. Dabei wird vorzugsweise die Temperatur des CLBO-Kristalls auf eine Ausgangstemperatur temperiert und auf diesem Temperaturniveau konstant gehalten. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante des lösungsgemäßen Verfahrens wird die Ausgangstemperatur für den CLBO-Kristall gleich oder nahe der optimalen Phasematch-Temperatur gewählt, die der CLBO-Kristall nach etwa 40 bis 60 Stunden Durchstrahlungsdauer erreicht. Nach Erreichen der vorbeschriebenen Zeitdauer wird die CLBO-Kristalltemperatur bezüglich einer Effizienzsteigerung bei der Frequenzkonversation optimiert und zugleich die initiale Pumpleistung, mit der der Nd:YAG-Laser betrieben wird, entsprechend reduziert, um die frequenzkonvertierte Ausgangslichtleistung nach Austritt aus dem CLBO-Kristall konstant zu halten.Solution is in the Case of the above embodiment the optical pump power at which the neodymium laser is operated, for the purpose of keeping constant the emerging from the CLBO crystal Output light output varies. Likewise, the crystal temperature is also of the LBO crystal set to a predeterminable temperature value, whereby the at least partially from the LBO crystal emerging frequency doubled Light beam maintains a constant light output. Thus, the output light output can of the light beam emerging from the CLBO crystal through sites the optical pumping power of the Nd: YAG laser. It is preferred the temperature of the CLBO crystal tempered to an initial temperature and constant at this temperature level held. In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention the starting temperature for the CLBO crystal equal to or near the optimum phase-match temperature selected the the CLBO crystal reached after about 40 to 60 hours of transmission time. To Reaching the prescribed period of time becomes the CLBO crystal temperature in terms of optimized efficiency increase in the frequency conversation and at the same time the initial pumping power with which the Nd: YAG laser is operated, reduced accordingly to the frequency-converted Output light output after leaving the CLBO crystal constant to keep.
Zur Verdeutlichung der durch den Annealing-Effekt des CLBO-Kristalls bedingten Phasenänderung, die überdies temperaturabhängig ist und letztlich die Konversionseffizienz bestimmt, sei auf das in der einzigen Figur dargestellte Diagramm verwiesen, anhand dem das Phasenänderungsverhalten eines CLBO-Kristalls in Abhängigkeit unterschiedlicher Kristalltemperaturen erläutert wird.to Clarification by the annealing effect of the CLBO crystal conditional phase change, the moreover temperature-dependent is and ultimately determines the conversion efficiency, be on the referenced in the single figure diagram, based on the the phase change behavior a CLBO crystal dependent on different crystal temperatures is explained.
So entspricht die Abszisse der Zeitachse t in Stunden, längs der Ordinate ist die Eingangslichtleistung, beispielsweise der Pumpleistung beim Betrieb eines optisch gepumpten Neodym-Lasers, aufgetragen.So the abscissa corresponds to the time axis t in hours, along the Ordinate is the input light power, for example the pump power during operation of an optically pumped neodymium laser, applied.
Die drei im Diagramm eingezeichneten Graphen a, b, c repräsentieren letztlich die Konversionseffizienz eines CLBO-Kristalls bei unterschiedlich eingestellten Ausgangstemperaturen TA, wobei davon ausgegangen wird, dass die Ausgangslichtleistung Pout stets konstant gehalten wird.The three graphs a, b, c shown in the diagram ultimately represent the conversion efficiency of a CLBO crystal at differently set output temperatures T A , it being assumed that the output light output P out is always kept constant.
Es sei angenommen, dass der Graph a jenem Fall entspricht, bei dem der CLBO-Kristall zu Beginn einer Lichtdurchstrahlung auf eine optimale Phasenanpassungstemperatur gebracht wird, bei der die optimale Konversionseffizienz gleich zu Beginn der Durchstrahlung auftritt. Es liegt auf der Hand, dass in diesem Fall bei Erreichen einer wunschgemäßen und konstant zu haltenden Ausgangsleistung POUT anfänglich ein minimaler Leistungseintrag PIN als optimal erforderlich ist. Im Verlauf der Zeit stellt sich jedoch heraus, dass die Konversionseffizienz aufgrund des auftretenden Annealing-Effektes abnimmt, sofern der CLBO-Kristall die vorstehend beschrieben eingestellte Ausgangstemperatur TA konstant beibehält.It is assumed that the graph a corresponds to the case where the CLBO crystal is brought to an optimum phase matching temperature at the beginning of a light transmission at which the optimum conversion efficiency occurs right at the start of the transmission. It is obvious that in this case, when a desired power output P OUT is to be kept constant, a minimum power input P IN is initially required to be optimal. Over time, however, it turns out that the conversion efficiency decreases due to the occurring annealing effect, as long as the CLBO crystal maintains the above-described set starting temperature T A constant.
Wird hingegen der Kristall zu Beginn der Durchstrahlung bereits auf ein Ausgangstemperatur-Niveau TA gebracht, das jener optimalen Phasenanpassungs-Temperatur entspricht, die der Kristall aufweist, nachdem der Annealing-Effekt bereits zum Erliegen gekommen ist, d.h. nach etwa 50 Stunden, so bedarf es gleich zu Beginn der Lichtdurchstrahlung einer sehr hohen Eingangslichtleistung, um das gewünschte Ziel einer konstanten Ausgangslichtleistung zu ermöglichen. Allerdings ist nach etwa 50 Stunden die optimale Frequenzkonversion erreicht und es bedarf nur einer verhältnismäßig geringen Eingangslichtleistung um der Forderung nach konstanter Ausgangslichtleistung nachkommen zu können.On the other hand, if the crystal is already brought to an initial temperature level T A at the beginning of the irradiation, which corresponds to the optimum phase matching temperature exhibited by the crystal after the annealing effect has already started has come to a standstill, ie after about 50 hours, so it requires right at the beginning of the light transmission of a very high input light power to enable the desired goal of a constant output light power. However, after about 50 hours, the optimum frequency conversion is achieved and it only requires a relatively low input light power to meet the demand for constant output light power.
Lösungsgemäß wird jedoch vorgesehen, die Ausgangstemperatur TA im Bereich zwischen den beiden vorstehend beschriebenen Ausgangstemperaturen zu wählen, um im weiteren Verlauf einen guten Kompromiss bezüglich der Frequenzkonversionseffizienz zu erlangen, ohne dabei überaus hohe Eingangslichtleistungen investieren zu müssen, wie es in den Fällen der Graphen a und b jeweils der Fall ist. Im Falle a muss am Ende der Durchstrahlung und im Falle b zu Beginn der Durchstrahlung jeweils eine große Eingangslichtleistung investiert werden. Im Falle des lösungsgemäßen Verfahrens gemäß dem Graphen c ist ersichtlich, dass das Verfahren weder leistungs- noch konversionseffizienzoptimiert ausgelegt ist, sondern eine Kompromisslösung darstellt, die es ermöglicht, während der gesamten Durchstrahlungszeit sowohl für eine konstante Lichtausgangsleistung als auch für konstante Strahlparameter zu sorgen und dies bei moderaten Eingangslichtleistungen.According to the solution, however, it is provided to choose the starting temperature T A in the range between the two initial temperatures described above, in order to obtain a good compromise with regard to the frequency conversion efficiency without having to invest very high input light powers, as in the cases of the graphs a and b is the case. In case a, a large input light power must be invested at the end of the transmission and in case b at the beginning of the transmission. In the case of the method according to the method according to the method c according to the invention, it can be seen that the method is neither optimized in terms of performance nor conversion efficiency, but represents a compromise solution which makes it possible to provide both a constant light output and constant beam parameters throughout the transmission time at moderate input light powers.
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