Nichtlineare Optik

Die Erschließung neuer Wellenlängenbereiche vervielfältigt die Einsatzmöglichkeiten moderner Laserstrahlquellen in Industrie und Forschung. Hier werden Methoden der nichtlinearen Optik genutzt, um die Frequenz der Lasereinstrahlung z. B. gezielt auf die Absorption von Werkstück oder Messobjekt einzustellen.

Basierend auf nichtlinearen Frequenzkonvertern und parametrischen Strahlquellen hat das Fraunhofer ILT bereits Lösungen für eine große Bandbreite spezifischer Anforderungen realisiert: Einstellbare Wellenlängen zwischen UV und FIR, Zeitregime von ultrakurzen Pulsen bis zum kontinuierlichen Betrieb sowie mittlere Leistungen von einzelnen Milliwatt bis zu vielen hundert Watt und Pulsleistungen bis hundert Megawatt.

Neben der Optimierung etablierter Laserkonzepte mit Wellenlängen um 1 μm und darunter werden bisher ungenutzte Wellenlängenbereiche erschlossen, vor allem im langwelligeren Infrarot. Hier weisen viele technisch und wirtschaftlich interessante Materialklassen eine hohe Absorption auf. Kommerzielle und selbstentwickelte Software bildet dabei die Basis für das Design neuer Konverter ebenso wie für die Analyse und Optimierung existierender Systeme. Bei der Umsetzung verfügt das Fraunhofer ILT über einen gut bestückten Baukasten mit umfangreichen Aufbau- und Verbindungstechniken für Frequenzkonverter und Laser, die insbesondere für messtechnische Anwendungen gefragt sind. Im Bereich der Quantentechnologie werden parametrische Photonenpaarquellen und Frequenzkonverter u. a. für die Einsatzgebiete bildgebende Sensorik, datensichere Kommunikation sowie Computingnetzwerke entwickelt.

Das Fraunhofer ILT bietet Kunden aus Industrie und Forschung bedarfsgerechte Lösungen zur Umsetzung neuer Ideen sowie zur Optimierung von Optiken und Laserstrahlquellen sowie umfassende Beratung.

Nichtlineare optische Frequenzkonverter

• Für Festkörper-, Faser- und Diodenlaser
• Effizienzoptimierte Anordnungen für alle Betriebsarten von cw bis hin zu ultrakurzen Pulsen und für Pulsleistungen bis 100 MW
• Auf Basis verschiedener NLO-Medien zur Phasen- und Quasi-Phasen-Anpassung, mit und ohne Wellenleiterstrukturen
• Ausgangswellenlängen vom UV bis MIR
• Mittlere Leistungen von einzelnen Milliwatt bis zu vielen Hundert Watt

Leistungsspektrum

• Technologieberatung und Patentrecherchen
• Simulation und Design
• Machbarkeitsstudien und Charakterisierung von Komponenten und Strahlquellen
• Entwicklung von Demonstratoren und Prototypen

Geus, J., Elsen, F., Nyga, S., Stolk, A., van der Enden, K., van Zwet, E., Haefner, C., Hanson, R., Jungbluth, B.:
Low-noise short-wavelength pumped frequency downconversion for quantum frequency converters.
Optica Quantum 2(3), 189-195, (2024)
http://dx.doi.org/10.1364/opticaq.515769 (Open Access)

Stolk, A.J., van der Enden, K.L., Slater, M.-C., te Raa-Derckx, I., Botma, P., van Rantwijk, J., Biemond, B.,  Hagen, R.A.J., Herfst, R.W., Koek, W.D., Meskers, A.J.H., Vollmer, R., van Zwet, E.J. , Markham, M., Edmonds, A.M. , Geus,  J.F., Elsen,  F., Jungbluth, B., Haefner, C., Tresp, C., Stuhler, J., Ritter, S., Hanson, R.:
Metropolitan-scale heralded entanglement of solid-state qubits.
ArXiv:2404.03723, (10 S.), (2024)
https://doi.org/10.48550/arXiv.2404.03723 (Open Access)

Scheuer, S., Munk, A., Strotkamp, M., Haefner, C. L., Höffner, J., Froh, J.:
Efficient intra-cavity frequency doubled, diode-pumped, Q-switched Alexandrite laser directly emitting in the UV.
OPTICS EXPRESS 32(5), 7553-7563, (2024)
https://doi.org/10.1364/OE.513731 (Open Access)

Höffner, J., Froh, J., Mense, T., Mauer, A., Strotkamp, M., Munk, A., Jungbluth, B., Hoffmann, H.-D.:
Ground-based general-purpose Doppler lidar: A technology for Doppler aerosol measurements and beyond.
International Conference on Space Optics - ICSO 2021|Online Only. Proc. SPIE 11852, International Conference on Space Optics — ICSO 2020, 1185229-, (18 S.) (2021)
https://doi.org/10.1117/12.2599364

Hamperl, J., Geus, J., Mølster, K., Zukauskas, A., Dherbecourt, J., Pasiskevicius, V., Nagy, L., Pitz, O., Fehrenbacher, D., Schaefer, H., Heinecke, D., Strotkamp, M., Rapp, S., Denk, P., Graf, N., Dalin, M., Lebat, V., Santagata, R., Melkonian, J., Godard, A., Raybaut, M., Flamant, C.:
High Energy Parametric Laser Source and Frequency-Comb-Based Wavelength Reference for CO2 and Water Vapor DIAL in the 2 µm Region: Design and Pre-Development Experimentations.
Atmosphere 12, 402- (2021)
https://doi.org/10.3390/atmos12030402

Dherbecourt, J.B.,Raybaut, M.,Melkonian, J.M.,Hamperl, J.,Santagata, R.,Dalin, M.,Lebat, V.,Godard, A.,Flamant, C.,Totems, J.,Chazette, V.,Pasiskevicius, V.,Heinecke, D.,Schäfer, H.,Strotkamp, M.,Geus, J.F.,Rapp, S.,Sodemann, H.,Sodemann, H.:
Design and pre-development of an airborne multi-species differential absorption Lidar system for water vapor and HDO isotope, carbon dioxide, and methane observation.
International Conference on Space Optics — ICSO 2021, 2021, Online Only, Proceedings Volume 11852, International Conference on Space Optics — ICSO 2020; 118521U (2021)
https://doi.org/10.1117/12.2599326

Walochnik, M., Jungbluth, B., Huber, H., Ammersbach, J., Munk, A., Strotkamp, M., Traub, M., Hoffmann, D., Poprawe, R.,
Diode-pumped cw Alexandrite laser with temporally stable 6.5 W in TEM00 operation with prospect of power scaling.
OPTICS EXPRESS 28, 15761-15769 (2020) ‘
https://doi.org/10.1364/OE.391274

Munk, A., Strotkamp, M., Jungbluth, B., Froh, J., Mense, T., Mauer, A., Höffner, J.:
Rugged diode-pumped Alexandrite laser as an emitter in a compact mobile lidar system for atmospheric measurements.
APPLIED OPTICS - (2020)
https://doi.org/10.1364/AO.422634

Strotkamp, M., Munk, A., Jungbluth, B., Hoffmann, H.-D., Höffner, J.:
Diode-pumped Alexandrite laser instrument for next generation satellite-based Earth observation.
PROCEEDINGS OF SPIE 11180- (2019)
https://doi.org/10.1117/12.2535934

Strotkamp, M., Munk, A., Jungbluth, B., Hoffmann, H.-D., Höffner, J.,
Diode‑pumped Alexandrite laser for next generation satellite‑based earth observation lidar.
CEAS Space Journal 11, 413-422 (2019)
https://doi.org/10.1007/s12567-019-00253-z

Höffner ,J., Strotkamp,M., Munk, A., Jungbluth, B.:
Demonstration of a compact and universal Doppler lidar based on a novel diode pumped alexandrite ring laser.
PROCEEDINGS OF SPIE 11180 1118029- (2019)
https://doi.org/10.1117/12.2536000

Höffner, J., Froh, J., Mauer, A., Lübken, F.-J., Strotkamp, M., Munk, A., Jungbluth, B.:
A Novel Diode Pumped Alexandrite Ring Laser for Doppler Lidar.
Conference on Lasers and Electro-Optics Europe & European Quantum Electronics Conference (CLEO/Europe-EQEC), 23 – 27 June 2019, Munich, Germany. Proceedings of Lasers and Electro-Optics Europe & European Quantum Electronics Conference, 1-1 (2019)  https://doi.org/10.1109/CLEOE-EQEC.2019.8872997

Munk, A., Jungbluth, B., Strotkamp, M., Hoffmann, H.-D., Poprawe, R., Höffner, J., Lübken, F.-J.:
Diode-pumped Alexandrite ring laser in single-longitudinal mode operation for atmospheric lidar measurements.
OPTICS EXPRESS 26, 14928-14935 (2018)
https://doi.org/10.1364/OE.26.014928 (Open Access)

Nyga, S., Blass, D., Katzy,V., Westphalen, T., Jungbluth, B., Hoffmann, H.D.:
Fiber-coupled three-micron pulsed laser source for CFRP laser treatment.
SPIE LASE 2018, , 27 Jan.-1 Feb.2018, San Francisco, California. Proc. SPIE 10511, Solid State Lasers
XXVII: Technology and Devices, 105110G, (7 S.) (2018) 10511.- (2018)  https://doi.org/10.1117/12.2288343

Elsen, F., Jungbluth, B., Nyga, S., Wüppen, J., Hoffmann, D.:
High-Power Optical Parametric Generation and Amplification of Femtosecond Pulses at 2 Microns -
Investigation of Pulse Duration Effects.
Nonlinear Optics 2019, Waikoloa Beach, Hawaii US, 15–19 July 2019. OSA Technical Digest (Optical Society of America, 2019), paper NTu2B.7, (2 S.) (2019)
https://doi.org/10.1364/NLO.2019.NTu2B.7

Elsen, F., Jungbluth, B., Nyga, S., Wüppen, J., Hoffmann, H.-D.:
High-power 2-micron optical-parametric frequency converter with sub-picosecond pulse duration.
SPIE LASE 2019, San Francisco, CA, 2-7 February 2019. Solid State Lasers XXVIII: Technology and Devices (Proc. of SPIE), 108960O, (4 S.) (2019)
https://doi.org/10.1117/12.2507014

Munk, A., Strotkamp, M., Walochnik, M., Jungbluth, B., Traub, M., Hoffmann, H.-D., Poprawe, R., Höffner, J., Lübken, F.-J.,
Diode-pumped Q-switched Alexandrite laser in single longitudinal mode operation with Watt-level output power.
OPTICS LETTERS 43, 5492-5495 (2018)
https://doi.org/10.1364/OL.43.005492

Blass, D., Nyga, S., Jungbluth, B., Hoffmann, H.D., Dilger, K.:
Composite Bonding Pre-Treatment with Laser Radiation of 3 µm Wavelength: Comparison with
Conventional Laser Sources.
Materials 11, 1216- (2018)
https://doi.org/10.3390/ma11071216

Jungbluth, B., Elsen, F., Wueppen, J., Nyga, S., Strotkamp, M., Hoffmann,D., Poprawe, R.:
High-power optical parametric frequency converters with addressable wavelengths in the IR.
Solid State Lasers XXVI: Technology and Devices, SPIE LASE, 2017, San Francisco, California, United States. Proc. of SPIE Vol. 10082, 100820O (6 S.) 1-6 (2017)
https://doi.org/10.1117/12.2250942

Elsen, F., Livrozet, M., Strotkamp, M., Wüppen, J., Jungbluth, B., Kasemann, R.,
Löhring, J., Meissner, A., Meyer, R., Hoffmann, H.-D., Poprawe, R.:
Demonstration of a 100-mJ OPO/ OPA for future lidar applications and laser-induced damage threshold testing of optical components for MERLIN.
Optical Engineering 57, 21205- (2017)
https://doi.org/10.1117/1.OE.57.2.021205

Blass, D., Nyga, S. Katzy, V., Jungbluth, B., Hoffmann, H.-D., Dilger, K.:
CFRP Bonding pre-Treatment With Laser Radiation of 3 μm Wavelength: Influence of Different Treatment Parameters.
WLT/LiM Lasers in Manufacturing Conference 2017. Munich, June 26-29 2017. Proceedings of World of Photonics, (8 S.)2017, 1-8

Blass, D., Krelinga, S., Nyga, S., Westphalen, T.,Jungbluth, B., Hoffmann, H.-D.,Dilger, K.:
CFRP bonding pre-treatment with laser radiation of 3 μm wavelength: Laser/material interaction.
Laser-based Micro- and Nanoprocessing X, San Francisco, California, United States
13 - 18 February 2016. Proc. of SPIE Vol. 9736, 973614, (11 S.), (2016)
https://doi.org/10.1117/12.2209514

Carstens, H., Högner, M., Saule, T., Holzberger, S., Lilienfein, N., Guggenmos, A, Jocher, C., Eidam, T., Esser, D., Tosa, V. , Pervak, V., Limpert, J., Tünnermann, A., Kleineberg, U., Krausz, F., Pupeza, I.:
High-harmonic generation at 250  MHz with photon energies exceeding 100  eV.
Optica 3(4), 366-369 (2016)
https://doi.org/10.1364/OPTICA.3.000366 (Open Access)

Munk, A., Jungbluth, B., Strotkamp, M., Hoffmann, H.-D., Poprawe, R., Höffner, J.:
Diode-pumped Alexandrite ring laser for LIDAR applications
Proc. SPIE 9726, 97260I (6 S.) (2016)
https://doi.org/10.1117/12.2212578

Wueppen, J., Nyga, S., Jungbluth, B., Hoffmann, D.:
1.95  μm-pumped OP-GaAs optical parametric oscillator with 10.6  μm idler wavelength
Opt. Lett. 41 (18), 4225-4228 (2016)
https://doi.org/10.1364/OL.41.004225 (Open Access)

Jungbluth, B., Elsen, F., Strotkamp, M., Wüppen, J., Hoffmann, D.: 
Gepulste Hochleistungslaser mit adressierbarer Wellenlänge im IR
Photonik Nr 6, 34-37 (2015)

Li, P., Lewin, M., Kretinin, A.V. , Caldwell, J. D., Novoselov, K. S. , Taniguchi, T., Watanabe, K., Gaussmann, F., Taubner, T.:
Hyperbolic phonon-polaritons in boron nitride for near-field optical imaging and focusing
Nature Communications 6, 7507 (9 S.) (2015)
https://doi.org/10.1038/ncomms8507 (Open Access)

Elsen, F., Heinzig, M., Livrozet, M. J.: Löhring, J., Wüppen, J., Büdenbender, C., Fix, A., Jungbluth, B., Hoffmann, H.-D.:
Feasibility and performance study for a space-borne 1645 nm OPO for French-German satellite mission MERLIN
Proc. SPIE 9135, 913515 (7 S.) 1-7 (2014)
https://doi.org/10.1117/12.2052396

Gronloh, B., Russbueldt, P., Jungbluth, B., Hoffmann, H.-D.:
Green sub-ps laser exceeding 400 W of average power
Proc. SPIE 8959, 89590T (10 S.) (2014)
https://doi.org/10.1117/12.2041288

Strotkamp, M., Munk, A., Jungbluth, B., Dahlhoff, K., Jansen, P., Broch, S., Gomm, S., Bachner, M., Fuchs, H., Holland, Hofzumahaus, A.:
Design of a rugged 308 nm tunable UV laser for airborne LIF measurements on top of Zeppelin NT
Solid State Lasers XXII, Proc. SPIE 8599, L1-10, (2013)
https://doi.org/10.1117/12.2000408

Jungbluth, B., Nyga, S., Pawlowski, E., Fink, T. Wüppen, J.:
Efficient frequency conversion of pulsed microchip and fiber laser radiation in PPSLT
Proc. SPIE 7912, 79120K, (8 S.) (2011)
https://doi.org/10.1117/12.878870

Wueppen, J., Jungbluth, B., Taubner, T., Loosen, P.:
Ultrafast tunable mid IR source
36th Ann.l Int. Conf. on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. Houston, TX, USA, (2 S.) (2011)
https://doi.org/10.1109/irmmw-THz.2011.6104904

Wueppen, J., Pawlowski, E., Traub, M., Jungbluth, B., Hasler, K.-H., Sumpf, B., Erbert, G.:
Compact module of a frequency-doubled, cw diode laser with an output power of more than 500mW at 531nm and a beam quality of less than 1.3 
Proc. SPIE 7582, 758204, 8 S., (2010)
http://dx.doi.org/10.1117/12.841778

Nyga, S., Geiger, J., Jungbluth, B.:
Frequency doubling of fiber laser radiation of large spectral bandwidths
SPIE LASE, 2010, San Francisco, California, US. Proceedings Volume 7578, Solid State Lasers XIX: Technology and Devices; 75780P (2010)
https://doi.org/10.1117/12.842075

Strotkamp, M., Schwarz, T., Jungbluth, B., Faidel, H., Leers, M.:
Efficient, green laser based on a blue-diode pumped rare-earth-doped fluoride crystal in an extremely short resonator
Proceedings of SPIE 7578, 75780O, (2010)
https://doi.org/10.1109/CLEOE-EQEC.2009.5196609

Strotkamp, M., Schwarz, T., Jungbluth, B.:
Power Scaling of a Compact and Efficient Blue Diode Pumped Solid State Laser Emitting Green Light
Advanced Solid-State Photonics, OSA Technical Digest Series (CD) (Optical Society of America), paper AMB29, (2010)
https://doi.org/10.1364/ASSP.2010.AMB29

Duering, M., Kolev, V., Luther-Davies, B.:
Generation of tuneable 589nm radiation as a Na guide star source using an optical parametric amplifier
Opt. Expr. 17, 437-446, (2009)
https://doi.org/10.1364/OE.17.000437 (Open Access)

Gronloh, B., Höfer, M., Wester, R., Hoffmann, H.-D.:
High power UV generation at 355 nm by means of extracavity frequency conversion of a high repetition rate Innoslab MOPA system
Proc. SPIE 7193, 71930Y, (2009)
http://dx.doi.org/10.1117/12.813633

Jungbluth, B., Oberbeckmann, D., Wueppen, J.:
Power-scaling and prototyping of a gain switched Ti:Sapphire laser with a tuning range of 400 nm
Proc. SPIE 7193, 71930, (8 S.) (2009)
https://doi.org/10.1117/12.809085

Jungbluth, B., Vierkoetter, M., Hoefer, M., Loehring, J., Oberbeckmann, D., Hoffmann, D.:
Design and characterization of a rugged and compact setup for widely tunable harmonic generation in the ultraviolet
Proc. SPIE 6455, (10 S.) (2007)
https://doi.org/10.1117/12.698623