Generering av oktavspännande mellaninfraröd med hjälp av en ickelinjär BGSe-kristall

Dr.JINWEI ZHANG och hans team som använder ett Cr:ZnS-lasersystem som levererar 28-fs-pulser vid en central våglängd på 2,4 µm används som pumpkälla, som driver genereringen av intra-pulsskillnadsfrekvens inuti BGSe-kristallen.Som ett resultat har ett koherent bredbandigt mellaninfrarött kontinuum som spänner från 6 till 18 µm erhållits.Det visar att BGSe-kristallen är ett lovande material för bredbandsgenerering med få cykler i mitten av infraröd via frekvensnedkonvertering med femtosekundspumpkällor.

Introduktion

Mellaninfrarött (MIR) ljus i intervallet 2-20 µm är användbart för kemisk och biologisk identifiering på grund av närvaron av många molekylära karakteristiska absorptionslinjer i denna spektrala region.En sammanhängande källa med få cykler med en samtidig täckning av det breda MIR-området kan ytterligare möjliggöra nya tillämpningar som mirkospektroskopi, femtosekundspumpsondspektroskopi och känsliga mätningar med högt dynamiskt omfång. Hittills har många scheman har
utvecklats för att generera koherent MIR-strålning, såsom synkrotronstrålelinjer, kvantkaskadlasrar, superkontinuumkällor, optiska parametriska oscillatorer (OPO) och optiska parametriska förstärkare (OPA).Dessa system har alla sina egna styrkor och svagheter när det gäller komplexitet, bandbredd, effekt, effektivitet och pulslängder.Bland dem väcker intrapulsdifferensfrekvensgenerering (IDFG) växande uppmärksamhet tack vare utvecklingen av högeffekts femtosekund 2 µm lasrar som effektivt kan pumpa icke-oxiderande icke-linjära kristaller med små bandgap för att generera högeffekts bredbandskoherent MIR-ljus.Jämfört med de normalt använda OPO:erna och OPA:erna tillåter IDFG en minskning av systemets komplexitet och förbättring av tillförlitligheten, eftersom behovet av att rikta in två separata strålar eller kaviteter med hög precision tas bort.Dessutom är MIR-utgången intrinsically carrier-envelope-phase (CEP) stabil med IDFG.

Figur 1

Transmissionsspektrum för den 1 mm tjocka obelagdaBGSe kristalltillhandahålls av DIEN TECH.Insättningen visar den faktiska kristallen som användes i detta experiment.

Fig 2

Experimentell uppställning av MIR-generationen med enBGSe kristall.OAP, off-axis parabolisk spegel med en effektiv fokuslängd på 20 mm;HWP, halvvågsplatta;TFP, tunnfilmspolarisator;LPF, långpassfilter.

Under 2010 tillverkades en ny biaxiell olinjär kalkogenidkristall, BaGa4Se7 (BGSe), med hjälp av Bridgman-Stockbarger-metoden.Den har ett brett transparensintervall från 0,47 till 18 µm (som visas i fig. 1) med olinjära koefficienter på dll = 24,3 pm/V och d13 = 20,4 pm/V.Transparensfönstret för BGSe är betydligt bredare än ZGP och LGS även om dess olinjäritet är lägre än ZGP (75 ± 8 pm/V).I motsats till GaSe kan BGSe också skäras i önskad fasmatchningsvinkel och kan antireflekteras.

Den experimentella uppställningen illustreras i fig. 2(a).Drivpulserna genereras initialt från en hemmabyggd Kerr-lins-modlåst Cr:ZnS-oscillator med en polykristallin Cr:ZnS-kristall (5 × 2 × 9 mm3, transmission=15% vid 1908nm) som förstärkningsmedium som pumpas av en Tm-dopad fiberlaser vid 1908nm.Oscillationen i en stående vågkavitet levererar 45-fs-pulser som arbetar med en repetitionshastighet på 69 MHz med en medeleffekt på 1 W vid en bärvåglängd på 2,4 µm.Effekten förstärks till 3,3 W i en hemmabyggd tvåstegs enkelpass polykristallin Cr:ZnS-förstärkare (5 × 2 × 6 mm3, transmission=20% vid 1908nm och 5 × 2 × 9 mm3, transmission=15% vid 1908nm), och utgångspulsens varaktighet mäts med en hemmabyggd andra-harmonisk generations frekvensupplösta optiska gitter (SHG-FROG)-apparat.

DSC_0646Slutsats

De visade en MIR-källa medBGSe kristallbaserad på IDFG-metoden.Ett femtosekund Cr:ZnS-lasersystem vid våglängden 2,4 µm användes som drivkälla, vilket möjliggör en samtidig spektral täckning från 6 till 18 µm.Så vitt vi vet är detta första gången bredbands MIR-generering har realiserats i en BGSe-kristall.Utgången förväntas ha få pulslängder och även vara stabil i sin bärvågs-enveloppfas.Jämfört med andra kristaller, det preliminära resultatet medBGSevisar en MIR-generation med jämförbar bred bandbredd (bredare änZGPochLGS) men med en lägre genomsnittlig effekt och omvandlingseffektivitet.Högre medeleffekt kan förväntas med ytterligare optimering av fokuspunktens storlek och kristalltjocklek.En bättre kristallkvalitet med högre skadetröskel skulle också vara fördelaktigt för att öka MIR-medeleffekten och konverteringseffektiviteten.Detta arbete visar detBGSe kristallär ett lovande material för den bredbandiga, sammanhängande MIR-generationen.
Posttid: 2020-07-07