Frequenzkonversion durch komplexe Phasenanpassung

Lediglich für einen phasenangepassten Frequenzkonversionsprozess, ist ein Anstieg der Intensität des erzeugten Lichtfeldes zu erwarten. Bleibt diese Anpassung aus, so oszilliert die Energie zwischen den beteiligten Lichtfeldern hin und her. Der Ursprung der Phasenfehlanpassung liegt in der inhärenten Präsenz von Dispersion. Um dennoch einen effizienten Konversionsprozess betreiben zu können, wird konventionell häufig der Effekt der Doppelbrechung ausgenutzt. Dieser beschreibt einen von der Polarisation sowie Ausbreitungsrichtung abhängigen Brechungsindex. Materialspezifisch und abhängig vom Grad der Doppelbrechung, ist jedoch die Bandbreite der zugänglichen Wellenlägen auf einen kleinen Bereich limitiert.

Um die Bandbreite um mehr als eine Größenordnung zu erhöhen, haben wir das Konzept des nichtlinearen Strahlteilers (nonlinear beamsplitter) entwickelt. Durch die Strukturierung des nichtlinearen Mediums mithilfe von stark fokussierten ultrakurzen Laserpulsen (Link: DLW) wird eine Brechungsindexstruktur geschaffen, welche einem integrierten Volumenphasengitter entspricht. Durch die Aufspaltung des fundamentalen Lichtfeldes am Volumenphasengitter, wird die Phasenanpassung zwischen den abgebeugten Strahlen in einer nichtkollinearen Geometrie erfüllt. Wird darüber hinaus statt eines einfachen Volumenphasengitters, ein computergeneriertes Hologramm im nichtlinearen Medium adressiert, so kann zusätzlich zum Konversionsprozess die Amplitude des erzeugten Lichtfeldes moduliert und somit komplexe Lichtfelder erzeugt werden.

Neben dieser nichtkollinearen Phasenanpassung mittels Beugungsgittern zeigen fs-Laser induzierte Strukturen auch eine reduzierte Χ⁽²⁾ Nichtlinearität. Dies kann ähnlich wie in periodisch gepolten Kristallen zur Quasi-Phasenanpassung genutzt werden, nur dass in diesem Fall die modulierte nichtlineare Struktur mit lichtinduziert wird (Link zu nonlinear waveguides).