Генерация среднего инфракрасного диапазона с охватом октавы с использованием нелинейного кристалла BGSe

Доктор JINWEI ZHANG и его команда, использующие лазерную систему Cr: ZnS, дающую импульсы длительностью 28 фс на центральной длине волны 2,4 мкм, используются в качестве источника накачки, который управляет генерацией внутриимпульсной разностной частоты внутри кристалла BGSe. В результате был получен когерентный широкополосный континуум в среднем инфракрасном диапазоне, охватывающий от 6 до 18 мкм. Он показывает, что кристалл BGSe является многообещающим материалом для широкополосной генерации в среднем инфракрасном диапазоне за несколько периодов посредством преобразования с понижением частоты с помощью источников фемтосекундной накачки.

Вступление

Средне-инфракрасный (MIR) свет в диапазоне 2-20 мкм полезен для химической и биологической идентификации из-за наличия многих молекулярных характеристических линий поглощения в этой спектральной области. Когерентный источник с несколькими циклами с одновременным охватом широкого диапазона MIR может дополнительно обеспечить новые приложения, такие как зеркальная спектроскопия, фемтосекундная спектроскопия с зондом накачки и чувствительные измерения с высоким динамическим диапазоном.
был разработан для генерации когерентного MIR-излучения, такого как синхротронные лучевые линии, квантовые каскадные лазеры, источники суперконтинуума, параметрические оптические генераторы (OPO) и оптические параметрические усилители (OPA). У всех этих схем есть свои сильные и слабые стороны с точки зрения сложности, полосы пропускания, мощности, эффективности и длительности импульса. Среди них генерация внутриимпульсной разностной частоты (IDFG) привлекает все большее внимание благодаря разработке мощных фемтосекундных лазеров 2 мкм, которые могут эффективно накачивать неоксидные нелинейные кристаллы с малой шириной запрещенной зоны для генерации мощного широкополосного когерентного MIR-света. По сравнению с обычно используемыми OPO и OPA, IDFG позволяет снизить сложность системы и повысить надежность, поскольку устраняется необходимость выравнивания двух отдельных лучей или резонаторов с высокой точностью. Кроме того, выход MIR по своей природе стабильно по фазе огибающей несущей (CEP) с IDFG.

Рисунок 1

Спектр пропускания кристалла BGSe без покрытия толщиной 1 мм, предоставленный DIEN TECH. На вставке показан реальный кристалл, использованный в этом эксперименте.

Рис 2

Экспериментальная установка генерации МИР с кристаллом BGSe. OAP, внеосевое параболическое зеркало с эффективной фокусной длиной 20 мм; HWP, полуволновая пластина; TFP, тонкопленочный поляризатор; LPF, фильтр длинных проходов.

В 2010 году с использованием метода Бриджмена-Стокбаргера был изготовлен новый двухосный нелинейный кристалл халькогенида BaGa4Se7 (BGSe). Он имеет широкий диапазон прозрачности от 0,47 до 18 мкм (как показано на рис. 1) с нелинейными коэффициентами d11 = 24,3 пм / В и d13 = 20,4 пм / В. Окно прозрачности BGSe значительно шире, чем у ZGP и LGS, хотя его нелинейность ниже, чем у ZGP (75 ± 8 пм / В). В отличие от GaSe, BGSe также можно разрезать под желаемым углом фазового синхронизма и на него может быть нанесено просветляющее покрытие.

Экспериментальная установка показана на рис. 2 (а). Импульсы возбуждения первоначально генерируются самодельным генератором Cr: ZnS с синхронизацией мод с линзой Керра с поликристаллическим кристаллом Cr: ZnS (5 × 2 × 9 мм3, пропускание = 15% при 1908 нм) в качестве среды усиления, накачиваемой генератором Волоконный лазер, легированный Tm, 1908 нм. Колебания в резонаторе стоячей волны генерируют импульсы длительностью 45 фс, работающие с частотой следования 69 МГц, со средней мощностью 1 Вт на длине волны несущей 2,4 мкм. Мощность усиливается до 3,3 Вт в самодельном двухкаскадном однопроходном поликристаллическом усилителе Cr: ZnS (5 × 2 × 6 мм3, пропускание = 20% при 1908 нм и 5 × 2 × 9 мм3, пропускание = 15% при 1908нм), а длительность выходного импульса измеряется с помощью самодельной оптической решетки с частотным разрешением (SHG-FROG) для генерации второй гармоники.

DSC_0646Вывод

Они продемонстрировали источник МИР с кристаллом BGSe, основанный на методе IDFG. В качестве источника возбуждения использовалась фемтосекундная лазерная система Cr: ZnS на длине волны 2,4 мкм, обеспечивающая одновременный спектральный охват от 6 до 18 мкм. Насколько нам известно, это первая широкополосная генерация MIR, реализованная в кристалле BGSe. Ожидается, что выходной сигнал будет иметь длительность импульса в несколько периодов, а также будет стабильным в фазе огибающей несущей. По сравнению с другими кристаллами предварительный результат с BGSe показывает поколение MIR с сопоставимой широкой полосой пропускания (шире, чем ZGP и LGS), хотя и с более низкой средней мощностью и эффективностью преобразования. Более высокую среднюю мощность можно было ожидать при дальнейшей оптимизации размера пятна фокусировки и толщины кристалла. Лучшее качество кристалла с более высоким порогом повреждения также будет полезно для увеличения средней мощности MIR и эффективности преобразования. Эта работа показывает, что кристалл BGSe является перспективным материалом для широкополосной когерентной генерации МИР.
Время публикации: Dec-07-2020