Optisch Parametrische Oszillation in Flüstergalerieresonatoren

Diese Arbeit hat zwei Ziele: Erstens das Verständnis der Eigenschaften und die Herstellung von Scheibenresonatoren mit radialen Domänenstrukturen in LN, um erstmals OPO mit QPM in einem FGR zu zeigen. Dies wird dadurch erschwert, dass Domänenwände in LN bevorzugt parallel zu den y-Achsen entstehen, was im dreizähligen Kristall zu sechseckigen Domänen führt. Zweitens soll ein Modell zur Beschreibung von OPO in Scheibenresonatoren vorgestellt und an den hergestellten Resonatoren geprüft werden, das insbesondere die Auswirkungen der variablen Kopplung auf Schwelle und Effizienz des Systems umfasst. So soll eine Quelle durchstimmbaren Lichts entwickelt und verstanden werden, deren niedrige Schwelle den Einsatz eines Diodenlasers als Pumpquelle erlaubt. Im folgenden Kapitel 2 wird zunächst ein Modell zur Beschreibung der linearen Eigenschaften von variabel gekoppelten Resonatoren vorgestellt und in der zweiten Hälfte des Kapitels auf OPO mit drei umlaufenden Wellen erweitert. Kapitel 3 beschreibt die Erzeugung der Domänen und die Herstellung von Resonatoren aus den so strukturierten Kristallen sowie den Aufbau zur optischen Charakterisierung mit kontrollierter Kopplung. Einige Ergebnisse der linearen und nichtlinearen Charakterisierung werden in Kapitel 4 vorgestellt und im Kapitel 5 mit dem theoretischen Modell verglichen sowie in Hinblick auf mögliche Weiterentwicklungen diskutiert.

The aim of this work is twofold: first, to understand the properties and the fabrication of disc resonators with radial domain structures in lithium niobate, in order to demonstrate quasi-phase-matched optical parametric oscillation (OPO) in a whispering gallery resonator (WGR) for the first time. This is difficult due to a preferred growth direction of ferroelectric domains in lithium niobate. In this crystal with threefold symmetry, domains tend to grow better parallel to the y-axis, yielding hexagonal domains. Second, to develop and present a model to describe OPO in WGRs, especially concerning the influence of variable (prism) coupling on threshold and efficiency of the process. This model is tested experimentally on the manufactured resonators, with the goal of developing a tunable source of coherent light that can be pumped by a diode laser. After an introductory chapter, chapter 2 presents a model describing the linear properties of resonators with variable coupling. In the second half of this chapter, the model is extended to three circulating waves that couple through optical parametric oscillation. Chapter 3 describes the techniques used to create radial domains in lithium niobate and to form resonators from the structured crystals. The optical setup used for characterization of the nonlinear processes in the WGRs is presented, along with the mechanism for variable prism coupling. Selected results of the linear and nonlinear characterization are presented in chapter 4 and compared to the theoretical model in chapter 5. Possible further developments resulting from the insights gained in this work are discussed.