Oktávot átívelő közepes infravörös generáció BGSe nemlineáris kristály felhasználásával

Dr. JINWEI ZHANG és csapata egy Cr: ZnS lézerrendszert használ, amely 28-fs impulzusokat bocsát ki 2,4 µm-es központi hullámhosszon, szivattyúforrásként használják, amely a BGSe kristály belsejében az impulzuson belüli frekvencia-generációt vezérli. Ennek eredményeként egy koherens szélessávú közép-infravörös folytonosságot kaptak, amely 6-18 µm-es tartományban van. Ez azt mutatja, hogy a BGSe kristály ígéretes anyag a szélessávú, néhány ciklusú közép-infravörös generáláshoz frekvencia lefelé történő átalakítás útján femtoszekundumos szivattyúforrásokkal.

Bevezetés

A 2-20 µm közötti közepes infravörös (MIR) fény hasznos a kémiai és biológiai azonosításhoz, mivel sok molekuláris jellegű abszorpciós vonal van jelen ebben a spektrális régióban. Egy koherens, kevés ciklusú forrás, egyidejűleg lefedve a széles MIR tartományt, tovább lehetővé teszi az új alkalmazásokat, például a mirco-spektroszkópiát, a femtoszekundumos szivattyú-szondás spektroszkópiát és a nagy dinamikus tartományú érzékeny méréseket.
koherens MIR sugárzás, például szinkrotronnyaláb vonalak, kvantum kaszkád lézerek, szuperkontinuum források, optikai paraméteres oszcillátorok (OPO) és optikai paraméteres erősítők (OPA) előállítására fejlesztették ki. Ezeknek a sémáknak mind megvannak a maga erősségei és gyengeségei az összetettség, a sávszélesség, a teljesítmény, a hatékonyság és az impulzus időtartama szempontjából. Közülük az intra-pulzus különbségű frekvenciagenerálás (IDFG) egyre nagyobb figyelmet kelt a nagy teljesítményű, 2 µm-es femtoszekundumos lézerek kifejlesztésének köszönhetően, amelyek hatékonyan képesek kis sávú, nem-oxidos nemlineáris kristályok szivattyúzására, nagy teljesítményű szélessávú koherens MIR-fény előállítására. A szokásosan használt OPO-khoz és OPA-khoz képest az IDFG lehetővé teszi a rendszer komplexitásának csökkentését és a megbízhatóság növelését, mivel nincs szükség két különálló gerenda vagy üreg nagy pontossággal történő igazítására. Ezenkívül a MIR kimenet lényegében vevőburok-fázisú (CEP) stabil az IDFG-vel.

1. ábra

Az 1 mm vastag bevonat nélküli BGSe kristály átviteli spektruma a DIEN TECH által biztosított. A betét mutatja a kísérletben használt tényleges kristályt.

2. ábra

A MIR generáció kísérleti beállítása BGSe kristályokkal. OAP, tengelyen kívüli parabolatükör 20 mm effektív fókusztávolsággal; HWP, félhullámú lemez; TFP, vékony film polarizátor; LPF, hosszú áteresztő szűrő.

2010-ben Bridgman-Stockbarger módszerrel gyártottak egy új, biaxiális halkogenid nemlineáris kristályt, a BaGa4Se7-et (BGSe). Szélessége 0,47-18 µm (az 1. ábrán látható módon), a nemlineáris együtthatóval d11 = 24,3 pm / V és d13 = 20,4 pm / V. A BGSe átlátszósága lényegesen szélesebb, mint a ZGP és az LGS, bár nemlinearitása alacsonyabb, mint a ZGP (75 ± 8 pm / V). A GaSe-vel ellentétben a BGSe a kívánt fázisillesztési szögben is vágható, és visszaverődésgátló bevonattal ellátott lehet.

A kísérleti beállítást a 2. ábra (a) szemlélteti. A hajtóimpulzusokat eredetileg egy otthon épített Kerr-lencse üzemmódban rögzített Cr: ZnS oszcillátor generálja polikristályos Cr: ZnS kristállyal (5 × 2 × 9 mm3, átviteli sebesség = 15% 1908 nm-nél), mint erősítő közeget, amelyet egy Tm-adalékolt szállézer 1908 nm-en. Az állóhullámú üregben lévő oszcilláció 45 fs impulzusokat eredményez, amelyek 69 MHz-es ismétlődési frekvencián működnek, átlagos teljesítménye 1 W, 2,4 µm hordozó hullámhosszon. A teljesítményt 3,3 W-ra erősíti egy házilag épített kétlépcsős egyutas polikristályos Cr: ZnS erősítő (5 × 2 × 6 mm3, átviteli sebesség = 20% 1908 nm-nél és 5 × 2 × 9 mm3, átviteli sebesség = 15% 1908nm), és a kimeneti impulzus időtartamát házilag épített második harmonikus generációjú frekvenciafelbontású optikai rács (SHG-FROG) készülékkel mérik.

DSC_0646Következtetés

Bemutatták az IDFG módszeren alapuló MIR forrást a BGSe kristályokkal. Hajtóforrásként 2,4 µm hullámhosszúságú femtoszekundumos Cr: ZnS lézer rendszert alkalmaztunk, amely lehetővé tette az egyidejű spektrális lefedettséget 6-18 µm között. Legjobb tudomásunk szerint ez az első alkalom, hogy a szélessávú MIR generációt egy BGSe kristályban valósítják meg. A kimenet várhatóan kevés ciklusú impulzus-időtartammal rendelkezik, és stabil lesz a hordozó-burok fázisában is. Más kristályokkal összehasonlítva a BGSe-vel kapcsolatos előzetes eredmény MIR-generációt mutat, összehasonlítható széles sávszélességgel (szélesebb, mint a ZGP és az LGS), bár alacsonyabb az átlagos teljesítmény és konverziós hatékonyság. Nagyobb átlagos teljesítmény várható a fókuszpont méretének és kristályvastagságának további optimalizálásával. A jobb kristályminőség magasabb károsodási küszöb mellett szintén előnyös lehet a MIR átlagos teljesítményének és konverziós hatékonyságának növeléséhez. Ez a munka azt mutatja, hogy a BGSe kristály ígéretes anyag a szélessávú, koherens MIR generáció számára.
Feladás időpontja: 2020. dec