Generering av oktavspennende midtinfrarød ved bruk av en BGSe ikke-lineær krystall

Dr.JINWEI ZHANG og hans team som bruker et Cr: ZnS-lasersystem som leverer 28-fs-pulser med en sentral bølgelengde på 2,4 µm, brukes som pumpekilde, som driver generasjonen av forskjellen mellom frekvenser innenfor BGSe-krystallet. Som et resultat har det blitt oppnådd et sammenhengende bredbånds-mid-infrarødt kontinuum som strekker seg fra 6 til 18 um. Det viser at BGSe-krystallet er et lovende materiale for bredbånd, få-syklus mid-infrarød generering via frekvens ned konvertering med femtosekund pumpekilder.

Introduksjon

Mid-infrarødt (MIR) lys i området 2-20 µm er nyttig for kjemisk og biologisk identifikasjon på grunn av tilstedeværelsen av mange molekylære karakteristiske absorpsjonslinjer i dette spektrale området. En sammenhengende, få-syklus kilde med samtidig dekning av det brede MIR-området kan ytterligere muliggjøre nye applikasjoner som mirco-spektroskopi, femtosekund pumpesondespektroskopi og følsomme målinger med høyt dynamisk område Inntil nå har mange ordninger
blitt utviklet for å generere sammenhengende MIR-stråling, slik som synkrotronstrålelinjer, kvantakaskadelasere, superkontinuumkilder, optiske parametriske oscillatorer (OPO) og optiske parametriske forsterkere (OPA). Disse ordningene har alle sine egne styrker og svakheter når det gjelder kompleksitet, båndbredde, kraft, effektivitet og pulsvarighet. Blant dem vekker generering av intramulsforskjellfrekvens (IDFG) økende oppmerksomhet takket være utviklingen av fem-fiks sekundær 2 mikrometer lasere som effektivt kan pumpe ikke-oksid, ikke-oksid, ikke-lineære krystaller for å generere sammenhengende MIR-lys med høy effekt. Sammenlignet med de normalt brukte OPOene og OPAene, tillater IDFG en reduksjon i systemkompleksiteten og forbedring av påliteligheten, ettersom behovet for å justere to separate bjelker eller hulrom med høy presisjon er fjernet. Dessuten er MIR-utgangen iboende bærer-konvolutt-fase (CEP) stabil med IDFG.

Figur 1

Overføringsspekter av den 1 mm tykke ubelagte BGSe-krystall levert av DIEN TECH. Innfeltet viser den faktiske krystall som ble brukt i dette eksperimentet.

Fig 2

Eksperimentelt oppsett av MIR-generasjonen med en BGSe-krystall. OAP, parabolspeil utenfor aksen med en effektiv fokuslengde på 20 mm; HWP, halvbølge plate; TFP, tynnfilmpolarisator; LPF, langpassfilter.

I 2010 ble en ny biaxial ikke-lineær krykogenidkrystall, BaGa4Se7 (BGSe), produsert ved bruk av Bridgman-Stockbarger-metoden. Den har et bredt gjennomsiktighetsområde fra 0,47 til 18 um (som vist i figur 1) med ikke-lineære koeffisienter på d11 = 24,3 pm / V og d13 = 20,4 pm / V. Åpenhetsvinduet til BGSe er betydelig bredere enn ZGP og LGS, selv om dets ikke-linearitet er lavere enn ZGP (75 ± 8 pm / V). I motsetning til GaSe kan BGSe også kuttes i ønsket fasetilpasningsvinkel og kan være antirefleksbelagt.

Det eksperimentelle oppsettet er illustrert i figur 2 (a). Drivimpulsene genereres opprinnelig fra en hjemmelaget Kerr-linsemoduslåst Cr: ZnS-oscillator med en polykrystallinsk Cr: ZnS-krystall (5 × 2 × 9 mm3, overføring = 15% ved 1908 nm) som forsterkningsmedium pumpet av en Tm-dopet fiberlaser ved 1908nm. Svingningen i et stående bølgehulrom leverer 45-fs-pulser som opererer med en repetisjonshastighet på 69 MHz med en gjennomsnittlig effekt på 1 W ved en bærebølgelengde på 2,4 um. Effekten forsterkes til 3,3 W i en hjemmebygget to-trinns enpass polykrystallinsk Cr: ZnS-forsterker (5 × 2 × 6 mm3, overføring = 20% ved 1908 nm og 5 × 2 × 9 mm3, overføring = 15% ved 1908nm), og utgangspulsens varighet måles med et hjemmebygget apparat fra andre harmoniske generasjon, frekvensoppløst optisk gitter (SHG-FROG).

DSC_0646Konklusjon

De demonstrerte en MIR-kilde med BGSe-krystall basert på IDFG-metoden. Et femtosekund Cr: ZnS lasersystem med bølgelengden på 2,4 um ble brukt som drivkilde, noe som muliggjorde en samtidig spektral dekning fra 6 til 18 um. Så vidt vi vet er dette første gang bredbånd MIR-generasjon blir realisert i en BGSe-krystall. Utgangen forventes å ha få-syklus pulsvarighet og også være stabil i sin bærer-konvoluttfase. Sammenlignet med andre krystaller viser det foreløpige resultatet med BGSe en MIR-generasjon med sammenlignbar bred båndbredde (bredere enn ZGP og LGS), men med lavere gjennomsnittlig effekt og konverteringseffektivitet. Høyere gjennomsnittlig effekt kan forventes med ytterligere optimalisering av fokuspunktstørrelse og krystalltykkelse. En bedre krystallkvalitet med høyere skadeterskel vil også være gunstig for å øke MIRs gjennomsnittlige effekt og konverteringseffektivitet. Dette arbeidet viser at BGSe-krystall er et lovende materiale for bredbånd, sammenhengende MIR-generasjon.
Innleggstid: Des-07-2020