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Titelaufnahme

Titel
Nonlinear optical frequency conversion to & from the mid-infrared in Ti:PPLN waveguides for spectroscopy and free-space optical communication / Kai-Daniel Frank Büchter
AutorBüchter, Kai-Daniel In der Gemeinsamen Normdatei der DNB nachschlagen
Erschienen2011
UmfangVII, 123 S. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftPaderborn, Univ., Diss., 2011
SpracheEnglisch
DokumenttypDissertation
URNurn:nbn:de:hbz:466-20110310011 Persistent Identifier (URN)
Dateien
Nonlinear optical frequency conversion to & from the mid-infrared in Ti:PPLN waveguides for spectroscopy and free-space optical communication [12.13 mb]
abstract [77.17 kb]
abstract [6.97 kb]
Links
Nachweis
Klassifikation

Deutsch

Mid-infrared (MIR) sources and detectors have been of strong interest since decades. Due to shortcomings of existing lasers for this range, frequency conversion using nonlinear optical difference-frequency generation (DFG) is a popular means to generate MIR radiation using near-infrared (NIR) sources. On the detector side, nonlinear-optic frequency conversion can be used to realize a hybrid up-conversion detector (UCD), which converts radiation from the MIR, to the NIR or even visible, where it can be detected using detectors with favorable properties.

Within the scope of this work, such nonlinear-optic devices, based either on DFG or SFG (sum-frequency generation) were investigated, using Ti-indiffused waveguides in periodically poled Lithium Niobate (Ti:PPLN). More than 10 mW of tunable radiation at either 3.4 µm or 3.8 µm could be generated, using pump lasers at 1064/1100 nm and 1550 nm wavelength. Similarly, UCDs based on either DFG or SFG were thoroughly characterized. The UCDs convert radiation within a few nm bandwidth around a design wavelength, and can be temperature-tuned by tens of nm.

The devices were combined in order to realize free-space optical (FSO) transmission lines. With such a transmission line, MIR-spectroscopy of methane was performed with NIR instrumentation only. The devices are also of interest for FSO data transmission, because atmospheric transmission impairments can be minimized by using MIR-wavelengths. It was shown that data transmission through an atmospheric turbulence generator could be improved when comparing transmission at 3.8-µm wavelength with wavelength conversion, to transmission at 1550 nm.

English

Mitt-Infrarot (MIR) Quellen und Detektoren sind seit Jahrzehnten von Interesse. Aufgrund von Nachteilen existierender MIR Laser ist die nichtlinear-optische Differenz-Frequenz Erzeugung (DFG) eine beliebte Methode, mit Hilfe von Nah-Infrarot (NIR) Lasern MIR Strahlung zu erzeugen. Auf der Detektorseite kann nichtlinear-optische Frequenzkonversion genutzt werden um einen sog. Up-conversion Detektor (UCD) zu realisieren, der MIR Strahlung zum NIR oder sogar Sichtbaren umwandelt, wo Detektoren mit besseren Eigenschaften zur Verfügung stehen.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden nichtlinear-optische Module, die entweder auf DFG oder auf Summen-Frequenz Erzeugung (SFG) basieren, mit Hilfe von Ti-diffundierten Wellenleitern in periodisch gepoltem Lithium Niobat (Ti:PPLN) realisiert. Mehr als 10 mW abstimmbare Leistung bei 3.4 µm oder 3.8 µm konnten erzeugt werden, mit Pumplasern bei 1550 nm und 1064/1100 nm Wellenlänge. UCD’s, basierend auf SFG oder DFG, wurden ebenfalls charakterisiert. Die UCD’s wandeln Strahlung innerhalb einer Bandbreite von einigen nm um die Design-Wellenlänge herum um, und können einige 10 nm temperaturabgestimmt werden.

Die Module wurden kombiniert um freistrahl-optische (FSO) Übertragungsstrecken aufzubauen. Mit einer solchen Übertragungsstrecke wurde MIR-Spektroskopie von Methan durchgeführt, bei der ausschließlich auf NIR-Technik zurückgegriffen wurde. Die Module sind ebenso interessant für die FSO Datenübertragung, da beeinträchtigende atmosphärische Effekte der Transmission durch die Nutzung von MIR-Strahlung minimiert werden können. Es wurde gezeigt, dass die Datenübertragung durch einen Turbulenzgenerator mit Frequenzumwandlung zu 3.8 µm im Vergleich zur Übertragung bei 1550 nm verbessert wurde.