Sonnenlicht lässt sich mit einem Prisma in Spektralfarben zerlegen. Laser hingegen strahlen einfarbiges Licht aus, welches sehr intensiv sein kann. Aus einfarbigem Laserlicht lassen sich neue Farben mit Hilfe von nichtlinearen Effekten erzeugen. In einem nichtlinearen optischen Kristall versetzt das Licht kleine Teilchen in Schwingungen, welche wiederum Licht abstrahlen. Wenn die Symmetrie des Kristalls passt, dann wird zusätzlich zu der ursprünglichen Farbe des Laserlichtes, Licht mit der doppelten Frequenz erzeugt - aus rotem Licht wird dann grünes Licht.
Bei der Frequenzverdopplung bleibt die Energie erhalten. Zwei Lichtteilchen (Photonen) mit einer kleineren Frequenz (größeren Wellenlänge) werden vernichtet und ein Photon mit der doppelten Frequenz (halben Wellenlänge) entsteht. Beispielsweise führt die Frequenzverdopplung von infrarotem Licht (1064 nm) zur Erzeugung von grünem (532 nm) Licht.

Die Frequenzverdopplung wurde 1961 von Peter Franken entdeckt. Er hat den Strahl eines Rubinlasers auf einen Quarzkristall fokussiert und das Licht hinter dem Kristall mit einem Prisma in seine Farbanteile zerlegt. In dem Kristall wurde dann auch noch die Frequenzverdoppelte des Laserlichtes erzeugt.

Das Resultat des Experimentes sieht man auf einer belichteten Fotoplatte. Interessanterweise ist dort in der Veröffentlichung das eigentliche Ergebnis links nicht zu erkennen. Der Erzählung nach hat der Setzer den kleinen schwachen Fleck der Frequenzverdoppelten wegretuschiert.

Rote Laserpointer sind kleine Laser, die direkt rotes Licht aussenden. Grüne Laserpointer sind hingegen häufi g Laser, in denen die Frequenz des infraroten Lichtes in einem nichtlinearen optischen Kristall verdoppelt wird. Dies funktioniert nur, wenn die Atome in dem Kristall nicht symmetrisch um einen Punkt angeordnet sind. Damit leistungsstarkes grünes Licht erzeugt werden kann, müssen zusätzlich die Geschwindigkeiten des infraroten und grünen Lichtes in dem Kristall gleich groß sein. Dafür muss der Kristall im passenden Winkel zum Laserstrahl stehen. Durch Drehen des Kristalls lässt sich die Intensität des frequenzverdoppelten grünen Lichtes optimieren.

Laseranwendungen erfordern oft Licht mit ganz bestimmten Farben. Allerdings ist es ist nicht immer möglich für diesen Zweck, einen geeigneten nichtlinearen optischen Kristall zu fi nden. Vielseitig einsetzbar sind Kristalle mit regelmäßigen künstlichen nichtlinearen Strukturen, welche aktuell erforscht werden. Die Symmetrie in dem strukturierten Kristall ändert sich abwechselnd und sorgt dafür, dass grünes und rotes Licht im Mittel gleich schnell sind. Die einzelnen Strukturen sind nur wenige tausendstel Millimeter groß und werden erst mit einem speziellen Mikroskop sichtbar. Diese Mikroskope nutzen wiederum Laser und nichtlineare Optik.