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.