Introduksjon
Midt-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 kilde med få sykluser med samtidig dekning av det brede MIR-området kan ytterligere muliggjøre nye applikasjoner som mirkospektroskopi, femtosekund pumpesondespektroskopi og følsomme målinger med høyt dynamisk område. Inntil nå har en rekke skjemaer
blitt utviklet for å generere koherent MIR-stråling, slik som synkrotronstrålelinjer, kvantekaskadelasere, 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 tiltrekker intra-pulsdifferanse frekvensgenerering (IDFG) økende oppmerksomhet takket være utviklingen av høyeffekt femtosekund 2 µm lasere som effektivt kan pumpe ikke-oksiderte ikke-lineære krystaller med lite bånd for å generere høyeffekts bredbånd koherent MIR-lys.Sammenlignet med de normalt brukte OPOene og OPAene, tillater IDFG en reduksjon i systemkompleksitet og forbedring av påliteligheten, ettersom behovet for å justere to separate bjelker eller hulrom med høy presisjon fjernes.Dessuten er MIR-utgangen i seg selv bærer-envelope-fase (CEP) stabil med IDFG .
Figur 1
Overføringsspektrum for 1 mm tykk ubelagtBGSe krystalllevert av DIEN TECH.Innsatsen viser den faktiske krystallen som ble brukt i dette eksperimentet.
Fig 2
Eksperimentelt oppsett av MIR-generasjonen med enBGSe krystall.OAP, off-axis parabolsk speil med en effektiv fokuslengde på 20 mm;HWP, halv-bølge plate;TFP, tynnfilm polarisator;LPF, langpassfilter.
I 2010 ble en ny biaksial ikke-lineær kalkogenidkrystall, BaGa4Se7 (BGSe), produsert ved bruk av Bridgman-Stockbarger-metoden.Den har et bredt gjennomsiktighetsområde fra 0,47 til 18 µm (som vist i fig. 1) med ikke-lineære koeffisienter på d11 = 24,3 pm/V og d13 = 20,4 pm/V.Gjennomsiktighetsvinduet 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 antirefleksjonsbelegges.
Forsøksoppsettet er illustrert i fig. 2(a).Drivpulsene genereres i utgangspunktet fra en hjemmebygd Kerr-linse moduslåst Cr:ZnS-oscillator med en polykrystallinsk Cr:ZnS-krystall (5 × 2 × 9 mm3, overføring=15 % ved 1908nm) som forsterkningsmediet pumpet av en Tm-dopet fiberlaser ved 1908nm.Oscillasjonen 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 µm.Effekten forsterkes til 3,3 W i en hjemmebygget totrinns enkeltpass polykrystallinsk Cr:ZnS-forsterker (5 × 2 × 6 mm3, overføring=20 % ved 1908nm og 5 × 2 × 9 mm3, overføring=15 % ved 1908nm), og utgangspulsvarigheten måles med et hjemmebygget andre-harmonisk generasjons frekvensoppløst optisk gitter (SHG-FROG) apparat.
