Bevezetés
A 2-20 µm tartományban lévő közép-infravörös (MIR) fény hasznos kémiai és biológiai azonosításra, mivel ebben a spektrumtartományban számos molekuláris jellemző abszorpciós vonal található.Egy koherens, néhány ciklusú forrás, amely egyidejűleg lefedi a széles MIR-tartományt, további új alkalmazásokat tesz lehetővé, mint például a mikrospektroszkópia, a femtoszekundumos pumpás szonda spektroszkópia és a nagy dinamikatartományú érzékeny mérések.
koherens MIR-sugárzás generálására fejlesztették ki, mint például szinkrotronnyalábvonalak, kvantumkaszkád lézerek, szuperkontinuum források, optikai parametrikus oszcillátorok (OPO) és optikai parametrikus erősítők (OPA).Ezeknek a sémáknak megvannak a maga erősségei és gyengeségei a komplexitás, a sávszélesség, a teljesítmény, a hatékonyság és az impulzus időtartama tekintetében.Közülük az impulzuson belüli differenciálfrekvencia-generálás (IDFG) egyre nagyobb figyelmet kap a nagy teljesítményű femtoszekundumos 2 µm-es lézerek kifejlesztésének köszönhetően, amelyek hatékonyan képesek kis sávszélességű, nem oxidos nemlineáris kristályokat pumpálni nagy teljesítményű szélessávú koherens MIR fény előállítására.A szokásosan használt OPO-khoz és OPA-khoz képest az IDFG lehetővé teszi a rendszer bonyolultságának csökkentését és a megbízhatóság növelését, mivel nincs szükség két különálló gerenda vagy üreg nagy pontosságú igazítására.Ezen túlmenően, a MIR-kimenet alapvetően vivő-burkológörbe-fázis (CEP) stabil az IDFG-vel.
1. ábra
Az 1 mm vastag bevonat nélküli átviteli spektrumBGSe kristálya DIEN TECH biztosítja.A betét mutatja a kísérletben használt tényleges kristályt.
2. ábra
A MIR generáció kísérleti beállítása aBGSe kristály.OAP, tengelyen kívüli parabolatükör 20 mm-es effektív fókusztávolsággal;HWP, félhullámú lemez;TFP, vékonyréteg polarizátor;LPF, hosszú áteresztő szűrő.
2010-ben egy új biaxiális kalkogenid nemlineáris kristályt, a BaGa4Se7-et (BGSe) állítottak elő a Bridgman-Stockbarger módszerrel.Széles átlátszósági tartománya van, 0,47 és 18 µm között (ahogy az 1. ábrán látható), nemlineáris együtthatói d11 = 24,3 pm/V és d13 = 20,4 pm/V.A BGSe átlátszósági ablaka 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 tükröződésmentes bevonattal is ellátható.
A kísérleti elrendezést a 2(a) ábra szemlélteti.A meghajtó impulzusokat kezdetben egy otthon épített Kerr-lencsés üzemmóddal zárt Cr:ZnS oszcillátor állítja elő, polikristályos Cr:ZnS kristállyal (5 × 2 × 9 mm3, átvitel = 15% 1908 nm-en), mint egy erősítő közeget Tm-adalékolt szálas lézer 1908 nm-en.Az állóhullámú üregben az oszcilláció 45 fs-es impulzusokat ad le, 69 MHz ismétlési frekvenciával, 1 W átlagos teljesítménnyel, 2,4 µm vivőhullámhossz mellett.A teljesítményt 3,3 W-ra erősítik fel egy otthoni építésű, kétfokozatú egyutas polikristályos Cr:ZnS erősítő (5 × 2 × 6 mm3, átvitel = 20% 1908 nm-en és 5 × 2 × 9 mm3, átvitel = 15% 1908 nm), a kimenő impulzus időtartamát pedig egy otthon épített, második felharmonikus generációs frekvenciafelbontású optikai rácsos (SHG-FROG) készülékkel mérik.
