Bauteile für Optische Parametrische Oszillatoren (OPO)

Spiegel für OPOs sind für die Trennung der Pumplaser-, Signal- und Idler-Wellenlängen optimiert. Diese Anwendung erfordert ein breites Reflexionsband für die Signalwellenlänge und einen breiten Bereich mit hohem Transmissionsgrad für die Idler- und Pumpwellenlängen. Außerdem weisen die meisten Optiken glatte Spektren der Gruppenlaufzeit (GD) und der Gruppenlaufzeitdispersion (GDD) auf. So können große Abstimmbereiche für die Signal- und die Idler-Wellenlänge erreicht werden. Dies ermöglicht den Betrieb von OPOs mit fs-Pulsen. Auch breitbandige Auskoppelspiegel sind verfügbar. Zentralwellenlänge und Abstimmbereich können nach Kundenspezifikation eingestellt werden. Alle OPO-Beschichtungen werden durch Magnetronsputtern hergestellt. Dieses Verfahren garantiert, dass die optischen Parameter umweltstabil sind, denn die Schichten sind kompakt, wasserfrei und haften trotz der extremen Schichtdicke von 20 - 30 μm fest auf dem Substrat. Dies macht gesputterte OPO-Schichten ideal für den Einsatz in rauen Umgebungen.

Resonatorspiegel für AOI = 0°

Abb.1:Reflexionsgrad-, GD- und GDD-Spektren eines breitbandigen HR-Spiegels für die Signalwellenlänge: HR (0°, 1000 - 1600 nm) > 99,9 %

a)Reflexion vs. Wellenlänge

b)GDD vs. Wellenlänge

Abb.2:Reflexions-, GD- und GDD-Spektren eines Doppel-HR-Spiegels für die Signal- und Idler-Wellenlängen:
HR (0°, 1400 - 1800 nm) > 96 % + HR (0°, 2900 - 4900 nm) > 93 %

a)Reflexion vs. Wellenlänge

b)GD und GDD vs. Wellenlänge

Pumpspiegel und Separatoren für AOI = 0°

Abb.3:Reflexions-, GD- und GDD-Spektren eines OPO-Pumpspiegels

a)Reflexion vs. Wellenlänge

b)GD und GDD vs. Wellenlänge

Diese Art von Spiegel trennt die Pump- und die Signalwellenlänge und unterdrückt die Idler-Wellenlänge:
R (0°, 700 - 850 nm) < 10 % + HR (0°, 900 - 1600 nm) > 99,8 % + R (0°, 1800 - 5000 nm) < 60 %.

Abb.4:Reflexionsgrad-, GD- und GDD-Spektren eines Separators für die Signal- und Idler-Wellenlängen

a)Reflexion vs. Wellenlänge

b)GD und GDD vs. Wellenlänge

Kantenfilter, die Signal- und Idler-Wellenlängen trennen, können als breitbandige Auskoppelspiegel für den Idler verwendet werden:
HR (0°, 1100 - 1600 nm) > 99,8 % + R (0°, 1730 - 2900 nm) < 10 %
Diese Filter können auch mit einem Band mit hohem Reflexionsgrad oder Transmissionsgrad für die Pumpwellenlängen oder für die zweite Harmonische der Signalwellenlängen versehen werden.
LAYERTEC empfiehlt undotiertes YAG oder Saphir als Substratmaterial, wenn ein hoher Transmissionsgrad für die Idler-Wellenlängen erforderlich ist (siehe auch Seite Quarzglas für Transmissionskurven)

Abb.5:Reflexionsspektrum eines Breitbandspiegels für das NIR:
HR (0°, 2300 – 4000 nm) > 99 %

Abb.6:Reflexionsspektrum eines Separators für die Signal- und Idler-Wellenlängen:
HR (0°, 2050 – 3500 nm) > 99 % + R (0°, 1600 – 1930 nm) < 5 %

Auskoppelspiegel

Abb.7:Reflexions- und GDD-Spektren verschiedener Breitband-Ausgkoppelspiegel für den Signal-Wellenlängenbereich.

a)Reflexion vs. Wellenlänge

b)GDD vs. Wellenlänge (Die gezeigten Spektren sind für den 75 %-igen Auskoppelspiegel berechnet, aber die Spektren für andere Reflexionswerte sind sehr ähnlich).

Der Reflexionsgrad von Auskoppelspiegeln und Strahlteilern kann je nach Kundenwunsch eingestellt werden.

Strahlteiler für AOI = 45°

Abb.8:Reflexions- und GDD-Spektren eines breitbandigen Strahlteilers für p-polarisierte Signal- und Idlerstrahlung: PRp (45°, 1100 – 2400 nm) = 50 % ±5 %

a)Reflexion vs. Wellenlänge

b)GDD vs. Wellenlänge

Spezielle Auskoppelspiegel für AOI = 0°

Abb.9:Reflexionsspektrum eines speziellen Auskoppelspiegels:
PR (0°, 2000 – 3150 nm) = 90 % ±3 %
+ R (0°, 1400 – 1700 nm) < 3 %

Abb.10:Reflexionsspektrum eines speziellen Auskoppelspiegels:
PR (0°, 1350 – 2000 nm) = 98 % ±0,5 %
+ R (0°, 1000 – 1100 nm) < 3 %
+ R (0°, 2200 – 5000 nm) < 20 %

Die Auskoppelspiegel für die Signalwellenlängen Abb. 9 können die Idlerwellenlänge unterdrücken und andersherum Abb. 10. Diese Auskoppler können auch ein Pumpenfenster haben.

Umlenkspiegel und Separatoren für AOI = 45°

Abb.11:Reflexions-, GD- und GDD-Spektren eines Umlenkspiegels HRp (45°, 1450 – 2000 nm) > 99,8 %

a)Reflexion vs. Wellenlänge

b)GD-Rp und GDD-Rp vs. Wellenlänge

Umlenkspiegel und Separatoren für Pumpe, Signal und Idler sind Schlüsselkomponenten von OPOs. Die spektrale Lage der Reflexions- und Transmissionsbänder kann nach Kundenwunsch eingestellt werden. Bitte beachten Sie, dass GD und GDD nur für s- oder p-Polarisation optimiert werden können, während der Reflexionsgrad in der Regel für beide Polarisationen sehr hoch ist.

Abb.12:Reflexionsgrad-, GD- und GDD-Spektren eines Separators für Signal und Idler

a)Reflexion vs. Wellenlänge

b)GD und GDD vs. Wellenlänge

Ein breites Reflexionsband für das Signal wird mit einem breiten Transmissionsband für den Leerlauf kombiniert:
HRp (45°, 1450 – 2000 nm) > 99,8 % + Rp (45°, 2350 – 4000 nm) < 10 %.

Abb.13:Reflexions-, GD- und GDD-Spektren eines Separators für Signal und Idler mit hohem Transmissionsgrad für die Pumpstrahlung

a)Reflexion vs. Wellenlänge

b)GD und GDD vs. Wellenlänge

Dieser Separator kann zur Einkopplung der Pumpstrahlung in den Resonator verwendet werden:
HRs (45°, 770 – 930 nm) > 99,8 % + Rp (45°, 510 – 550 nm) < 1 % + Rp (45°, 1160 – 1900 nm) < 10 %.

Ultrabreitband-Bauteile für AOI = 45°

Abb.14:Reflexionsspektrum eines Ultrabreitbandseparators für Signal- und Idler-Wellenlängen:
HRu (45°, 1000 – 2500 nm) > 98 %
+ Ru (45°, 4400 – 5000 nm) < 5 %

Kantenfilter für AOI = 45°

Abb.15:Reflexionsspektrum eines Kantenfilters für den Idler- und Signalwellenlängenbereich mit hohem Transmissionsgrad für die Pumpwellenlänge:
HRs (45°, 2150 – 2700 nm) > 99.9 %
+ Rs (45°, 2000 – 2070 nm) < 10 % + Rs (45°, 1064 nm) < 1 %

Abb.16:Reflexionsspektrum eines breitbandigen Kantenfilters für den Idler-Wellenlängenbereich mit hohem Transmissionsgrad für die Pumpwellenlänge:
HRs (45°, 3300 – 4200 nm) > 99.9 %
+ Rs (45°, 4500 – 4900 nm) < 6 % + Rs,p (45°, 1064 nm) < 5 %

Beschichtungen auf nicht-linearen optischen Kristallen AOI = 0°

Abb.17:Reflexionsspektrum einer AR-Beschichtung auf Lithium-Niobat:
R (0°, 1064 nm) < 0.5 % + R (0°, 1750 – 2750 nm) < 1 %

Abb.18:Reflexionsspektrum einer AR-Beschichtung auf Lithium-Niobat:
R (0°, 1910 – 2030 nm) < 0.5 % + R (0°, 3200 – 4200 nm) < 1 %

Abb.19:Reflexionsspektrum einer AR-Beschichtung auf Lithium-Niobat:
R (0°, 1064 nm) < 0.5 %
+ R (0°, 1420 – 1640 nm) < 0.5 %
+ R (0°, 3150 – 3700 nm) < 2 %

Abb.20:Reflexionsspektrum eines Doppelreflektors mit zwei Bereichen hoher Durchlässigkeit auf Lithium-Niobat:
HR (0°, 1010 – 1075 + 2750 – 3450 nm) > 99.8 %
+ R (0°, 700 – 900 + 1200 – 2400 nm) < 10 %