Generacija osrednjeg infracrvenog zraka koji obuhvata oktavu pomoću nelinearnog kristala BGSe

Kao izvor pumpe koristi se dr. JINWEI ZHANG i njegov tim koji koriste laserski sistem Cr: ZnS koji isporučuje impulse od 28 fs na centralnoj talasnoj dužini od 2,4 µm, koji pokreće generiranje frekvencije unutar impulsa u kristalu BGSe. Kao rezultat, dobiven je koherentni širokopojasni srednje infracrveni kontinuum u rasponu od 6 do 18 µm. To pokazuje da je kristal BGSe obećavajući materijal za širokopojasnu, nekoliko ciklusa generacije srednjeg infracrvenog zračenja pretvaranjem frekvencije prema dolje s izvorima femtosekundnih pumpi.

Uvod

Srednje infracrveno (MIR) svjetlo u rasponu od 2-20 µm korisno je za hemijsku i biološku identifikaciju zbog prisustva mnogih molekularnih karakterističnih apsorpcionih linija u ovom spektralnom području. Koherentan izvor od nekoliko ciklusa uz istovremenu pokrivenost širokog opsega MIR može dalje omogućiti nove primjene poput mirco-spektroskopije, femtosekundne spektroskopije pumpe-sonde i mjerenja osjetljivih na visoki dinamički opseg.
razvijen je za generiranje koherentnog MIR zračenja, poput linija sinhrotronskog snopa, kvantnih kaskadnih lasera, superkontinuumskih izvora, optičkih parametarskih oscilatora (OPO) i optičkih parametarskih pojačala (OPA). Sve ove šeme imaju svoje vlastite snage i slabosti u pogledu složenosti, propusnosti, snage, efikasnosti i trajanja impulsa. Među njima, generiranje frekvencija unutar impulsnih razlika (IDFG) privlači sve veću pažnju zahvaljujući razvoju femtosekundnih lasera velike jačine 2 µm velike snage koji mogu efikasno pumpati neoksidne nelinearne kristale sa malim opsegom za stvaranje širokopojasne koherentne MIR svjetlosti velike snage. U usporedbi s uobičajeno korištenim OPO-ima i OPA-ima, IDFG omogućava smanjenje složenosti sistema i povećanje pouzdanosti, jer se uklanja potreba za poravnavanjem dvije odvojene grede ili šupljine s velikom preciznošću. Osim toga, MIR izlaz je suštinski stabilan u fazi omotača nosača (CEP) s IDFG.

Slika 1

Spektar prenosa neobloženog kristala BGSe debljine 1 mm, koji pruža DIEN TECH. Umetak pokazuje stvarni kristal korišten u ovom eksperimentu.

Slika 2

Eksperimentalno postavljanje MIR generacije sa BGSe kristalom. OAP, parabolično zrcalo izvan ose sa efektivnom dužinom fokusa od 20 mm; HWP, poluvalna ploča; TFP, polarizator tankog filma; LPF, dugopropusni filter.

U 2010. godini izrađen je novi dvoosni halkogenidni nelinearni kristal, BaGa4Se7 (BGSe), metodom Bridgman-Stockbarger. Ima širok raspon prozirnosti od 0,47 do 18 µm (kao što je prikazano na slici 1) sa nelinearnim koeficijentima d11 = 24,3 pm / V i d13 = 20,4 pm / V. Prozor transparentnosti BGSe znatno je širi od ZGP-a i LGS-a, iako je njegova nelinearnost niža od ZGP-a (75 ± 20 sati / V). Za razliku od GaSe, BGSe se takođe može rezati pod željenim uglom koji odgovara fazi i može biti premazan antirefleksom.

Eksperimentalna postavka prikazana je na slici 2 (a). Pogonski impulsi se inicijalno generiraju iz doma izgrađenog oscilatora Cr: ZnS zaključanog modom Kerr-sočiva sa polikristalnim kristalom Cr: ZnS (5 × 2 × 9 mm3, prenos = 15% na 1908nm) kao medij pojačanja koji pumpa Tm-dopirani fiber vlak na 1908nm. Oscilacija u šupljini stojećeg vala daje impulse od 45 fs koji rade pri brzini ponavljanja od 69 MHz sa prosječnom snagom od 1 W na talasnoj dužini nosača od 2,4 µm. Snaga se pojačava na 3,3 W u domaćem dvostepenom jednoprolaznom polikristalnom pojačivaču Cr: ZnS (5 × 2 × 6 mm3, prenos = 20% na 1908nm i 5 × 2 × 9 mm3, prenos = 15% na 1908nm), a trajanje izlaznog impulsa mjeri se domaćim uređajem optičke rešetke (SHG-FROG) frekvencijski razlučene druge harmonijske generacije.

DSC_0646Zaključak

Demonstrirali su MIR izvor sa kristalom BGSe na osnovu IDFG metode. Kao pogonski izvor korišćen je femtosekundni Cr: ZnS laserski sistem na talasnoj dužini od 2,4 µm, omogućavajući istovremeno spektralno pokrivanje od 6 do 18 µm. Koliko nam je poznato, ovo je prvi put da je širokopojasna MIR generacija realizovana u BGSe kristalu. Očekuje se da će izlaz imati trajanje impulsa u nekoliko ciklusa, a takođe će biti stabilan u fazi omotača nosača. U usporedbi s ostalim kristalima, preliminarni rezultat sa BGSe pokazuje MIR generaciju s uporedivom širokom širinom pojasa (šire od ZGP-a i LGS-a), iako sa nižom prosječnom snagom i efikasnošću pretvorbe. Mogla bi se očekivati ​​veća prosječna snaga daljnjom optimizacijom veličine žarišnog mjesta i debljine kristala. Bolji kvalitet kristala sa višim pragom oštećenja takođe bi bio koristan za povećanje prosječne snage MIR i efikasnosti pretvorbe. Ovaj rad pokazuje da je kristal BGSe obećavajući materijal za širokopojasnu, koherentnu MIR generaciju.
Vrijeme objavljivanja: dec-07-2020