Züchtung einfacher Kristalle für nichtlineare Optikexperimente

Hier ist eine Übung für Sie: Geben Sie „Kristalle“ in Ihre bevorzugte Suchmaschine ein und sehen Sie, was Sie erhalten. Wenn Sie so sind wie wir, werden Sie eine Menge pseudowissenschaftlicher Beiträge über die Heilkraft von Kristallen erhalten, zusammen mit Angeboten, dasselbe zu überhöhten Preisen zu kaufen. Aber darüber hinaus haben einige Kristalle scheinbar magische Kräfte – z Die Fähigkeit, Licht von einer Farbe in eine andere umzuwandeln.

Natürlich ist das alles keine Zauberei. Eher als Optik-Enthusiasten [Les Wright] Er erklärt: Bei der nichtlinearen Optik dreht sich alles um Physik. Auch große Physik, wie sie die National Ignition Facility zur ersten Fusionsforschungsgruppe machte, die den „Break Even“-Punkt erreichte, zumindest was die Lichtenergie angeht. Dazu müssen sie Megajoule Infrarot-Laserstrahlung im gesamten sichtbaren Spektrum in ultraviolettes Licht umwandeln und stützen sich dabei auf massive Kristalle aus entfettetem Kaliumdihydrogenphosphat (KDP). Abhängig davon, wie sie geschliffen werden, weisen Kristalle dieser Art nichtlineare optische Eigenschaften auf, beispielsweise die Erzeugung der zweiten Harmonischen, bei der zwei Eingangsphotonen zu einem einzigen Photon mit der doppelten Energie des Originals kombiniert werden. Dadurch wird die Eingangswellenlänge halbiert und die Frequenz verdoppelt.

Während das in NIF verwendete Verfahren Kristalle von gigantischen Ausmaßen produziert, [Les] Bescheidenere Bedürfnisse und daher ein einfacherer Prozess. Ihr KDP ist eine gebrauchsfertige Chemikalie, und es ist nichts Besonderes, sie kochendem Wasser zuzusetzen, um eine gesättigte Lösung zu erhalten. Zur Bildung von Impfkristallen wird etwas Lösung in ein Uhrglas gegossen und das Ganze langsam abkühlen gelassen. Ein schöner Impfkristall wird an einem Stück monofiler Angelschnur befestigt und in einer gesättigten Lösung aufgehängt, und mit genügend Zeit bilden sich große Kristalle. Wenn der Kristall in den Pfad eines 1.064-nm-IR-Laserstrahls gebracht und relativ zum Strahl vorsichtig gedreht wird, erzeugt er leicht einen hellgrünen Laserstrahl.

Das ist großartiges Zeug und wir freuen uns darauf, zu sehen, wo [Les] passt dazu. Das Polieren der Kristalle, um sie optisch sauberer zu machen, könnte ein guter nächster Schritt sein, ebenso wie das Züchten größerer Kristalle.