Úvod
Střední infračervené (MIR) světlo v rozsahu 2-20 µm je užitečné pro chemickou a biologickou identifikaci díky přítomnosti mnoha molekulárních charakteristických absorpčních čar v této spektrální oblasti.Koherentní zdroj s několika cykly se současným pokrytím širokého rozsahu MIR může dále umožnit nové aplikace, jako je mirkospektroskopie , femtosekundová pumpa-sondová spektroskopie a měření citlivá na vysoký dynamický rozsah Až dosud bylo k dispozici mnoho schémat
byl vyvinut pro generování koherentního MIR záření, jako jsou synchrotronové paprskové linie, kvantové kaskádové lasery, superkontinuální zdroje, optické parametrické oscilátory (OPO) a optické parametrické zesilovače (OPA).Všechna tato schémata mají své silné a slabé stránky, pokud jde o složitost, šířku pásma, výkon, účinnost a trvání impulsů.Mezi nimi generování intrapulzní diference frekvence (IDFG) přitahuje rostoucí pozornost díky vývoji vysoce výkonných femtosekundových 2 µm laserů, které dokážou efektivně pumpovat neoxidové nelineární krystaly s malou mezerou v pásmu a generovat vysoce výkonné širokopásmové koherentní MIR světlo.Ve srovnání s běžně používanými OPO a OPA umožňuje IDFG snížení složitosti systému a zvýšení spolehlivosti, protože je odstraněna potřeba vyrovnat dva samostatné paprsky nebo dutiny s vysokou přesností.Kromě toho je výstup MIR v podstatě stabilní s IDFG (CEP).
Obr. 1
Spektrum prostupu tloušťky 1 mm bez povlakuBGSe krystalposkytuje DIEN TECH.Vložka ukazuje skutečný krystal použitý v tomto experimentu.
Obr. 2
Experimentální nastavení generace MIR s aBGSe krystal.OAP, mimoosé parabolické zrcadlo s efektivní délkou ohniska 20 mm;HWP, půlvlnná deska;TFP, tenkovrstvý polarizátor;LPF, dlouhopropustný filtr.
V roce 2010 byl pomocí Bridgman-Stockbargerovy metody vyroben nový biaxiální chalkogenidový nelineární krystal BaGa4Se7 (BGSe).Má široký rozsah průhlednosti od 0,47 do 18 µm (jak je znázorněno na obr. 1) s nelineárními koeficienty d11 = 24,3 pm/V a d13 = 20,4 pm/V.Okno průhlednosti BGSe je výrazně širší než u ZGP a LGS, i když jeho nelinearita je nižší než u ZGP (75 ± 8 pm/V).Na rozdíl od GaSe může být BGSe také řezán v požadovaném úhlu přizpůsobení fáze a může být opatřen antireflexním povlakem.
Experimentální uspořádání je znázorněno na obr. 2(a).Řídicí impulsy jsou zpočátku generovány z doma vyrobeného oscilátoru Cr:ZnS s uzamčeným režimem Kerrovy čočky s polykrystalickým krystalem Cr:ZnS (5 × 2 × 9 mm3, přenos = 15 % při 1908 nm) jako médium pro zesílení čerpané Vláknový laser dopovaný Tm při 1908 nm.Oscilace v dutině stojaté vlny dodává pulsy 45 fs pracující při opakovací frekvenci 69 MHz s průměrným výkonem 1 W při nosné vlnové délce 2,4 µm.Výkon je zesílen na 3,3 W v podomácku vyrobeném dvoustupňovém jednoprůchodovém polykrystalickém Cr:ZnS zesilovači (5 × 2 × 6 mm3, přenos=20 % při 1908 nm a 5 × 2 × 9 mm3, přenos=15 % při 1908 nm) a trvání výstupního pulsu je měřeno doma vyrobeným přístrojem s frekvenčně rozlišenou optickou mřížkou (SHG-FROG) druhé harmonické generace.
