Doğrusal olmayan bir BGSe kristal kullanarak oktav yayılan orta kızılötesi üretimi

JINWEI ZHANG ve ekibi, merkezi dalga boyu 2.4 µm olan bir Cr: ZnS lazer sistemi kullanan ve BGSe kristali içindeki intra-puls farkı frekansı üretimini yönlendiren pompa kaynağı olarak kullanılıyor. Sonuç olarak, 6 ila 18 um arasında değişen tutarlı bir geniş bant orta kızılötesi sürekliliği elde edilmiştir. BGSe kristalinin, femtosaniye pompa kaynakları ile frekans aşağı dönüştürme yoluyla geniş bant, birkaç döngülü orta kızılötesi üretimi için umut verici bir malzeme olduğunu göstermektedir.

Giriş

2-20 µm aralığındaki orta kızılötesi (MIR) ışık, bu spektral bölgede birçok moleküler karakteristik absorpsiyon çizgisinin varlığından dolayı kimyasal ve biyolojik tanımlama için kullanışlıdır. Geniş MIR aralığını eşzamanlı olarak kapsayan tutarlı, az döngülü bir kaynak, mirco-spektroskopi, femtosaniye pompa-prob spektroskopisi ve yüksek dinamik aralıklı hassas ölçümler gibi yeni uygulamaları daha da etkinleştirebilir Şimdiye kadar çok sayıda şema var
senkrotron ışın hatları, kuantum kademeli lazerler, süper süreklilik kaynakları, optik parametrik osilatörler (OPO) ve optik parametrik amplifikatörler (OPA) gibi tutarlı MIR radyasyonu üretmek için geliştirilmiştir. Bu şemaların hepsinin karmaşıklık, bant genişliği, güç, verimlilik ve darbe süreleri açısından kendi güçlü ve zayıf yönleri vardır. Bunların arasında, yüksek güçlü geniş bantlı tutarlı MIR ışığı üretmek için küçük bant aralıklı oksit olmayan doğrusal olmayan kristalleri etkili bir şekilde pompalayabilen yüksek güçlü femtosaniye 2 µm lazerlerin geliştirilmesi sayesinde, atım içi fark frekans üretimi (IDFG) artan ilgi çekiyor. Normalde kullanılan OPO'lar ve OPA'lar ile karşılaştırıldığında IDFG, iki ayrı kirişi veya boşluğu yüksek hassasiyette hizalama ihtiyacı ortadan kalktığından, sistem karmaşıklığında bir azalmaya ve güvenilirliğin artırılmasına olanak tanır. Ayrıca, MIR çıkışı, özünde IDFG ile kararlı taşıyıcı-zarf fazı (CEP) 'dir.

Şekil 1

DIEN TECH tarafından sağlanan 1 mm kalınlığındaki kaplamasız BGSe kristalinin iletim spektrumu. Ek, bu deneyde kullanılan gerçek kristali gösterir.

İncir. 2

Bir BGSe kristali ile MIR neslinin deneysel kurulumu. OAP, etkin odak uzunluğu 20 mm olan eksen dışı parabolik ayna; HWP, yarım dalga plakası; TFP, ince film polarizör; LPF, uzun geçişli filtre.

2010 yılında, yeni bir çift eksenli kalkojenit doğrusal olmayan kristal, BaGa4Se7 (BGSe), Bridgman-Stockbarger yöntemi kullanılarak üretildi. Doğrusal olmayan katsayıları d11 = 24,3 pm / V ve d13 = 20,4 pm / V ile 0,47 ila 18 µm (Şekil 1'de gösterildiği gibi) arasında geniş bir şeffaflık aralığına sahiptir. BGSe'nin şeffaflık penceresi, doğrusal olmama durumu ZGP'den (75 ± 8 pm / V) daha düşük olmasına rağmen, ZGP ve LGS'den önemli ölçüde daha geniştir. GaSe'nin aksine, BGSe istenen faz eşleştirme açısında kesilebilir ve yansıma önleyici kaplanabilir.

Deney düzeneği Şekil 2 (a) 'da gösterilmektedir. Sürüş darbeleri başlangıçta, bir polikristalin Cr: ZnS kristali (5 × 2 × 9 mm3, iletim = 1908 nm'de% 15) ile ev yapımı bir Kerr-lens modu kilitli Cr: ZnS osilatöründen, a tarafından pompalanan kazanç ortamı olarak üretilir. 1908 nm'de Tm katkılı fiber lazer. Bir sabit dalga boşluğundaki salınım, 2,4 µm'lik bir taşıyıcı dalga boyunda ortalama 1 W güç ile 69 MHz tekrarlama hızında çalışan 45-fs darbeler sağlar. Güç, ev yapımı iki aşamalı tek geçişli polikristalin Cr: ZnS amplifikatörde 3,3 W'a yükseltilir (5 × 2 × 6 mm3, iletim = 1908nm ve 5 × 2 × 9 mm3'te% 20, iletim =% 15 1908nm) ve çıkış darbe süresi, ev yapımı ikinci harmonik nesil frekans çözümlemeli optik ızgara (SHG-FROG) aparatıyla ölçülür.

DSC_0646Sonuç

IDFG yöntemine dayalı BGSe kristali ile bir MIR kaynağı gösterdiler. Sürüş kaynağı olarak 2,4 µm dalga boyunda femtosaniye Cr: ZnS lazer sistemi kullanıldı ve 6 ila 18 µm arasında eş zamanlı spektral kapsama sağlandı. Bildiğimiz kadarıyla bu, bir BGSe kristalinde ilk kez geniş bant MIR üretimi gerçekleştirildi. Çıkışın, birkaç döngü darbe süresine sahip olması ve ayrıca taşıyıcı zarf aşamasında kararlı olması beklenmektedir. Diğer kristallerle karşılaştırıldığında, BGSe ile elde edilen ön sonuç, daha düşük bir ortalama güç ve dönüştürme verimliliğine sahip olmasına rağmen, karşılaştırılabilir geniş bant genişliğine (ZGP ve LGS'den daha geniş) sahip bir MIR nesli göstermektedir. Odak noktası boyutu ve kristal kalınlığının daha fazla optimizasyonu ile daha yüksek ortalama güç beklenebilir. Daha yüksek hasar eşiğine sahip daha iyi bir kristal kalitesi, MIR ortalama gücünü ve dönüştürme verimliliğini artırmak için de faydalı olacaktır. Bu çalışma, BGSe kristalinin geniş bant, tutarlı MIR üretimi için umut verici bir malzeme olduğunu göstermektedir.
Gönderme zamanı: Aralık-07-2020