Optische Flüstergalerieresonatoren vereinen mechanische Stabilität mit hoher optischer Güte. Dadurch eignen sie sich hervorragend zur nichtlinearen Frequenzkonversion mit niedrigen Pumpleistungen. Ein bisher großes ungelöstes Problem besteht in der schnellen und genauen Kontrolle der Konversionsprozesse. In dieser Arbeit werden verschiedene Methoden zur Wellenlängenkontrolle beschrieben und verglichen. Als besonders praktikabel erwies sich dabei das geometrische Durchstimmen mittels eines in den Flüstergalerieresonator eingebetteten Piezoaktors. Dadurch lässt sich ein sprungfreies Durchstimmen übere mehrere 10 GHz erreichen.
Aktualisiert: 2020-01-28
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Laserlichtquellen sind in einer Vielzahl optischer Technologien heute nicht mehr wegzudenken. Grund hierfür ist die gute Fokussierbarkeit und definierte Wellenlänge, welche durch Energieübergänge im Lasermedium definiert ist. Dies ist jedoch auch eine Einschränkung, da Laserlicht somit nicht in jedem beliebigen Wellenlängenbereich zur Verfügung steht bzw. die Emissionswellenlänge von Laser meist nur über einen geringen Bereich durchgestimmt werden kann. Diese Einschränkung lässt sich mit nichtlinear-optischen Frequenzkonvertern beispielsweise aus Lithiumniobat (LiNbO3, LN) aufheben. Die für die nichtlinear-optische Frequenzkonversion hohen Intensitäten lassen sich in Resonatoren erreichen. Eine kompaktere Bauform stellen die Flüstergalerieresonatoren (FGR) dar. Die Integration der FGR auf Chipebene ist hierbei von großem Interesse, da eine reproduzierbare und parallele Herstellung von sehr kleinen integrierten FGR (iFGR) mit Radien im 10-mikrometer-Bereich möglich wird. Außerdem besteht das Potential Pumplaser, Detektoren und Heizelemente oder Elektroden zum Durchstimmen der Resonanzfrequenzen mit den iFGR auf einem Chip zu integrieren. Diese Arbeit widmet sich einem neuartigen Herstellungsverfahren von domänenstrukturierten iFGR mit dem Güten bis zu 10 Millionen erreicht werden. Dank dieser hohen Güten konnte quasiphasenangepasste Frequenzkonversion in iFGR gezeigt werden. Es wurde Frequenzverdopplung, Summenfrequenzerzeugung und stimulierte Raman-Streuung in den iFGR untersucht und somit das Potential der iFGR zur Realisierung kompakter Frequenzkonverter verdeutlicht.
Aktualisiert: 2022-04-23
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Möchte man ein optisches System kontrollieren und optimieren, so muss man es zunächst verstehen. Dafür ist die Kenntnis über die fundamentalen physikalischen Prozesse wichtig. Dazu zählen auch die Limitierungen des Systems. Ebendiese werden in der vorliegenden Arbeit für das System Flüstergalerieresonator (FGR) aus Lithiumniobat (LN) untersucht. In diesem monolithischen Resonatortyp wird Licht durch totale interne Reflexion geführt und lediglich durch Absorption und Streuung des Wirtsmaterials gedämpft. LN wiederum ist eines der treibenden Materialien der nichtlinearen Optik, was es zu einem interessanten Gegenstand der Forschung macht.
Insgesamt besteht noch Handlungsbedarf bei der Charakterisierung von FGR aus LN hinsichtlich ihrer Güte und zeitlichen Frequenzstabilität. Genau diesen beiden Themen widmet sich die vorliegende Arbeit. Dazu werden nach einer Einführung in das Konzept des FGR (Kapitel 2) die linearen Verlustkanäle in FGR aus LN untersucht. Dabei wird die Grenze der Güte ausgelotet, und Veredelungsverfahren werden erprobt (Kapitel 3). Anschließend rücken die nichtlinear-optischen Verlustkanäle in den Fokus der Betrachtung (Kapitel 4). Im Mittelpunkt stehen dabei die Raman-Streuung und parasitäre OPO-Prozesse. Welche physikalischen Effekte Einfluss auf die zeitliche Stabilität der Resonanzen eines FGR nehmen, wird in Kapitel 5 untersucht. Dazu werden zunächst die möglichen Ursachen einer Frequenzverschiebung herausgearbeitet, bevor die Effekte selbst getrennt voneinander untersucht werden. Abschließend werden die Ergebnisse dieser Arbeit in Kapitel 6 zusammengefasst.
Aktualisiert: 2022-05-04
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