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Lexikon der Optik: parametrische Fluoreszenz

parametrische Fluoreszenz, engl. parametric down-conversionen, ein der spontanen Emission verwandter Prozeß der nichtlinearen Optik, bei dem eine intensive Welle (Laserstrahlung) einer Frequenz ν3, die sog. Pumpwelle, in einem nichtlinearen Kristall (optische Kristalle) zu einem geringen Teil in Strahlung unterschiedlicher niedrigerer Frequenz umgewandelt wird. Der Kristall muß dabei eine Suszeptibilität 2. Ordnung besitzen und darf daher keine Inversionssymmetrie aufweisen. Die p. F. ist nur im Rahmen der Quantenmechanik verständlich. Sie ist aufzufassen als spontaner (durch das nichtlineare Medium vermittelter) "Zerfall" von Pumpphotonen der Frequenz ν3 in jeweils zwei Photonen einer Frequenz ν1 bzw. ν2, die sich im allgemeinen in unterschiedlichen Richtungen ausbreiten. Für die Frequenzen gilt ν312 als Folge der Energieerhaltung hν3=hν1+hν2 (h Plancksches Wirkungsquantum). Die Phasenanpassungsbedingung führt dazu, daß die Frequenz von der Ausstrahlungsrichtung abhängt. In praktischen Fällen liegen die zur gleichen Frequenz gehörigen Ausstrahlungsrichtungen auf Kegeln. Greift man ein mögliches Photonenpaar heraus, so ist die Ausbreitungsrichtung des ersten Photons mit einer ganz bestimmten, auf einem anderen Kegel liegenden Ausbreitungsrichtung des zweiten Photons verknüpft. Diese spezifische quantenmechanische Korrelation macht die p.F. attraktiv für die quantenoptische Grundlagenforschung. Andererseits ist sie bedeutsam als Startprozeß für den optischen parametrischen Oszillator (parametrische Oszillation).

Im Falle sehr hoher Pumpleistung, wie sie mit modensynchronisierten Lasern erreicht wird, werden die spontan erzeugten Fluoreszenzphotonen beim weiteren Durchlauf durch den Kristall – dank der ständigen Wechselwirkung mit dem Pumpimpuls – kohärent verstärkt. Dieser als parametrische Superfluoreszenz bezeichnete Prozeß stellt eine praktikable Methode zur Erzeugung von Pikosekundenimpulsen im nahen Infrarot dar.

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