Generiranje oktavnega srednjega infrardečega spektra z uporabo nelinearnega kristala BGSe

Dr. JINWEI ZHANG in njegova ekipa uporabljajo Cr:ZnS laserski sistem, ki dovaja 28-fs impulze pri osrednji valovni dolžini 2,4 µm, in se uporablja kot vir črpalke, ki poganja generiranje frekvence razlike znotraj impulza znotraj kristala BGSe.Kot rezultat je bil pridobljen koherenten širokopasovni srednji infrardeči kontinuum, ki obsega od 6 do 18 µm.Kaže, da je kristal BGSe obetaven material za širokopasovno, nekajciklično generacijo srednjega infrardečega spektra s pretvorbo frekvence navzdol z viri femtosekundne črpalke.

Uvod

Srednja infrardeča (MIR) svetloba v območju 2-20 µm je uporabna za kemično in biološko identifikacijo zaradi prisotnosti številnih molekularno značilnih absorpcijskih linij v tem spektralnem območju.Koherenten vir z nekaj cikli s hkratnim pokrivanjem širokega območja MIR lahko dodatno omogoči nove aplikacije, kot so mikrospektroskopija, femtosekundna spektroskopija s črpalko in občutljive meritve z visokim dinamičnim razponom. Do sedaj so bile številne sheme

je bil razvit za ustvarjanje koherentnega sevanja MIR, kot so sinhrotronske žarkovne linije, kvantni kaskadni laserji, superkontinuumski viri, optični parametrični oscilatorji (OPO) in optični parametrični ojačevalniki (OPA).Vse te sheme imajo svoje prednosti in slabosti v smislu kompleksnosti, pasovne širine, moči, učinkovitosti in trajanja impulza.Med njimi ustvarjanje frekvenčne razlike znotraj impulza (IDFG) pritegne vse večjo pozornost zaradi razvoja visokozmogljivih femtosekundnih 2 µm laserjev, ki lahko učinkovito črpajo neoksidne nelinearne kristale z majhnim pasovnim presledkom za ustvarjanje visoko zmogljive širokopasovne koherentne svetlobe MIR.V primerjavi z običajno uporabljenima OPO in OPA IDFG omogoča zmanjšanje kompleksnosti sistema in izboljšanje zanesljivosti, saj ni potrebe po poravnavi dveh ločenih žarkov ali votlin z visoko natančnostjo.Poleg tega je izhod MIR intrinzično stabilen v fazi nosilne ovojnice (CEP) z IDFG.

Slika 1

Transmisijski spekter brez premaza debeline 1 mmBGSe kristalzagotavlja DIEN TECH.Vložek prikazuje dejanski kristal, uporabljen v tem poskusu.

Slika 2

Eksperimentalna postavitev generacije MIR z aBGSe kristal.OAP, zunajosno parabolično zrcalo z efektivno goriščno dolžino 20 mm;HWP, polvalovna plošča;TFP, tankoplastni polarizator;LPF, dolgoprepustni filter.

Eksperimentalna postavitev je prikazana na sliki 2 (a).Pogonski impulzi se na začetku generirajo iz doma zgrajenega oscilatorja Cr:ZnS z zaklenjenim načinom Kerrove leče s polikristalnim kristalom Cr:ZnS (5 × 2 × 9 mm3, prepustnost = 15 % pri 1908 nm) kot ojačevalni medij, ki ga črpa S Tm dopiranim vlaknenim laserjem pri 1908 nm.Nihanje v votlini s stoječimi valovi zagotavlja 45-fs impulze, ki delujejo s hitrostjo ponavljanja 69 MHz s povprečno močjo 1 W pri nosilni valovni dolžini 2,4 µm.Moč se poveča na 3,3 W v doma izdelanem dvostopenjskem enoprehodnem polikristalnem Cr:ZnS ojačevalniku (5 × 2 × 6 mm3, prepustnost = 20 % pri 1908 nm in 5 × 2 × 9 mm3, prepustnost = 15 % pri 1908 nm), trajanje izhodnega impulza pa je izmerjeno z doma zgrajenim aparatom za frekvenčno ločeno optično mrežo druge harmonske generacije (SHG-FROG).

Leta 2010 je bil z uporabo Bridgman-Stockbargerjeve metode izdelan nov dvoosni halkogenidni nelinearni kristal BaGa4Se7 (BGSe).Ima širok razpon prosojnosti od 0,47 do 18 µm (kot je prikazano na sliki 1) z nelinearnimi koeficienti d11 = 24,3 pm/V in d13 = 20,4 pm/V.Okno prosojnosti BGSe je bistveno širše od ZGP in LGS, čeprav je njegova nelinearnost nižja od ZGP (75 ± 8 pm/V).V nasprotju z GaSe je mogoče BGSe tudi rezati pod želenim kotom faznega ujemanja in ga je mogoče prevleči proti odsevu.

Zaključek

Prikazali so vir MIR zBGSe kristaltemelji na metodi IDFG.Kot pogonski vir je bil uporabljen femtosekundni Cr:ZnS laserski sistem na valovni dolžini 2,4 µm, ki omogoča sočasno spektralno pokrivanje od 6 do 18 µm.Kolikor nam je znano, je to prvič, da je bila širokopasovna generacija MIR realizirana v kristalu BGSe.Pričakuje se, da bo imel izhod trajanje impulza nekaj ciklov in bo tudi stabilen v fazi nosilne ovojnice.V primerjavi z drugimi kristali je preliminarni rezultat zBGSeprikazuje generacijo MIR s primerljivo široko pasovno širino (širšo odZGPinLGS), čeprav z nižjo povprečno močjo in učinkovitostjo pretvorbe.Večjo povprečno moč bi lahko pričakovali z nadaljnjo optimizacijo velikosti žarišča in debeline kristala.Boljša kakovost kristalov z višjim pragom poškodb bi bila prav tako koristna za povečanje povprečne moči MIR in učinkovitosti pretvorbe.To delo kaže na toBGSe kristalje obetaven material za širokopasovno, koherentno generacijo MIR.

Pridobite dokument PDF

Čas objave: 7. december 2020