Ustvarjanje osrednje infrardeče frekvence oktave z uporabo nelinearnega kristala BGSe

Dr.JINWEI ZHANG in njegova ekipa z uporabo laserskega sistema Cr: ZnS, ki oddaja impulze 28 fs pri osrednji valovni dolžini 2,4 µm, se uporablja kot vir črpalke, ki poganja generiranje frekvence znotraj impulzov znotraj kristala BGSe. Kot rezultat je bil pridobljen koherenten širokopasovni srednje infrardeči kontinuum v razponu od 6 do 18 µm. Kaže, da je kristal BGSe obetaven material za širokopasovno, nekajciklično srednjo infrardečo generacijo s pretvorbo frekvence navzdol z viri črpalke femtosekunde.

Uvod

Srednje infrardeča (MIR) svetloba v območju 2-20 µm je koristna za kemijsko in biološko identifikacijo zaradi prisotnosti številnih molekularnih značilnih absorpcijskih linij v tem spektralnem območju. Koherenten nekajciklični vir s hkratnim pokrivanjem širokega območja MIR lahko nadalje omogoča nove aplikacije, kot so mirco-spektroskopija, femtosekundna spektroskopija s sondo s črpalko in občutljive meritve z visokim dinamičnim razponom.
je bil razvit za ustvarjanje koherentnega MIR sevanja, kot so sinhrotronske žarkovne linije, kvantno kaskadni laserji, superkontinuumski viri, optični parametrični oscilatorji (OPO) in optični parametrični ojačevalniki (OPA). Vse te sheme imajo svoje prednosti in slabosti v smislu zapletenosti, pasovne širine, moči, učinkovitosti in trajanja impulzov. Med njimi generiranje frekvence znotraj impulzne razlike (IDFG) pritegne vse večjo pozornost zahvaljujoč razvoju močnih femtosekundnih 2 µm laserjev, ki lahko učinkovito črpajo majhne pasovne neoksidne nelinearne kristale za generiranje močne širokopasovne koherentne svetlobe MIR. V primerjavi z običajno uporabljenimi OPO in OPA IDFG omogoča zmanjšanje zapletenosti sistema in povečanje zanesljivosti, saj se odstrani potreba po poravnavi dveh ločenih nosilcev ali votlin z visoko natančnostjo. Poleg tega je izhod MIR dejansko stabilen z ovojnico v fazi ovojnice (CEP) z IDFG.

Slika 1

Spekter oddajanja 1 mm debelega neprevlečenega kristala BGSe, ki ga zagotavlja DIEN TECH. Vložek prikazuje dejanski kristal, uporabljen v tem poskusu.

Slika 2

Eksperimentalna nastavitev generacije MIR s kristalom BGSe. OAP, zunaj osi parabolično ogledalo z efektivno dolžino ostrenja 20 mm; HWP, polvalna plošča; TFP, tankoplastni polarizator; LPF, dolgotrajni filter.

Leta 2010 so po metodi Bridgman-Stockbarger izdelali nov dvoosni halkogenidni nelinearni kristal BaGa4Se7 (BGSe). Ima široko območje preglednosti 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 preglednosti BGSe je bistveno širše kot ZGP in LGS, čeprav je njegova nelinearnost nižja od ZGP (75 ± 20 pm / V). V nasprotju z GaSe je BGSe mogoče rezati tudi pod želenim fazno usklajenim kotom in je lahko prevlečen z odsevom.

Eksperimentalna postavitev je prikazana na sliki 2 (a). Pogonski impulzi se sprva generirajo iz doma zgrajenega oscilatorja Cr: ZnS z načinom zaklepanja Kerr-leče s polikristalnim kristalom Cr: ZnS (5 × 2 × 9 mm3, prenos = 15% pri 1908nm) kot izhodni medij, ki ga črpa Tm-dopiran optični laser pri 1908nm. Nihanje v votlini stoječega vala oddaja impulze 45 fs, ki delujejo s hitrostjo ponavljanja 69 MHz s povprečno močjo 1 W pri valovni dolžini nosilca 2,4 µm. Moč je ojačana na 3,3 W v doma izdelanem dvostopenjskem enosmernem polikristalnem ojačevalniku Cr: ZnS (5 × 2 × 6 mm3, prenos = 20% pri 1908nm in 5 × 2 × 9 mm3, prenos = 15% pri 1908nm), trajanje izhodnega impulza pa se meri z doma izdelano frekvenčno ločeno optično rešetko (SHG-FROG) z drugo harmonično generacijo.

DSC_0646Zaključek

Prikazali so vir MIR s kristalom BGSe na osnovi metode IDFG. Kot pogonski vir je bil uporabljen femtosekundni laserski sistem Cr: ZnS pri valovni dolžini 2,4 µm, ki je omogočil sočasno spektralno pokritost od 6 do 18 µm. Kolikor nam je znano, je bila tokrat prvič uporabljena širokopasovna generacija MIR v kristalu BGSe. Pričakuje se, da bo izhod imel nekajciklično trajanje impulzov in bo stabilen tudi v fazi ovojnice nosilca. V primerjavi z drugimi kristali predhodni rezultat z BGSe kaže generacijo MIR s primerljivo široko pasovno širino (širšo od ZGP in LGS), čeprav z nižjo povprečno močjo in učinkovitostjo pretvorbe. Z nadaljnjo optimizacijo velikosti žarišča in debeline kristala bi lahko pričakovali večjo povprečno moč. Boljša kakovost kristalov z višjim pragom škode bi bila koristna tudi za povečanje povprečne moči MIR in učinkovitosti pretvorbe. To delo kaže, da je kristal BGSe obetaven material za širokopasovno koherentno generacijo MIR.
Čas objav: december 07-2020