Generasi infrared agêng-oktaf nggunakake kristal nonlinear BGSe

Dr.JINWEI ZHANG lan tim nggunakake sistem laser Cr: ZnS sing nyedhiyakake pulsa 28-fs kanthi dawa tengah 2,4m digunakake minangka sumber pompa, sing ngasilake generasi frekuensi prabédan intra-pulsa ing kristal BGSe. Akibate, kontinyu tengah inframerah broadband sing koheren, sing tekan 6 nganti 18 µm, wis dipikolehi. Iki nuduhake manawa kristal BGSe minangka bahan sing janjeni kanggo broadband, sawetara generasi tengah inframerah liwat konversi frekuensi mudhun karo sumber pompa femtosecond.

Pambuka

Lampu tengah inframerah (MIR) ing kisaran 2-20 µm migunani kanggo identifikasi kimia lan biologis amarga anane akeh garis penyerapan karakteristik molekul ing wilayah spektral iki. Sumber sawetara siklus sing koheren kanthi jangkoan simultan kisaran MIR sing luwih akeh bisa ngaktifake aplikasi anyar kayata spektroskopi mirco-spektroskopi, spektroskopi probe pompa femtosecond, lan pangukuran sensitif kisaran dinamis sing dhuwur Nganti saiki akeh skema duwe
dikembangake kanggo ngasilake radiasi MIR sing koheren, kayata garis balok synchrotron, laser cascade kuantum, sumber supercontinuum, osilator parametrik optik (OPO) lan amplifier parametrik optik (OPA). Skema kasebut kabeh duwe kekuwatan lan kekurangan dhewe babagan kerumitan, bandwidth, tenaga, efisiensi, lan durasi denyut nadi. Antarane, generasi frekuensi prabédan intra-pulsa (IDFG) narik kawigaten amarga bisa ngasilake laser femtosecond 2 µm daya tinggi sing bisa mompa kristal nonlinear bandgap cilik-bandgap kanggo ngasilake cahya MIR sing koheren broadband. Yen dibandhingake karo OPO lan OPA sing biasane digunakake, IDFG ngidini nyuda kerumitan sistem lan ningkatake reliabilitas, amarga kebutuhan kanggo nyelarasake rong balok utawa rongga sing beda kanthi presisi dhuwur. Kajaba iku, output MIR sacara intrinsik operator-envelope-phase (CEP) stabil karo IDFG.

Gambar 1

Spektrum transmisi kristal BGSe tanpa tebal 1 mm sing diwenehake dening DIEN TECH. Inset nuduhake kristal nyata sing digunakake ing eksperimen iki.

Gambar 2

Persiyapan eksperimen kanggo generasi MIR nganggo kristal BGSe. OAP, mirror parabolic off-axis kanthi dawane fokus efektif 20 mm; HWP, piring setengah gelombang; TFP, polarisasi film tipis; LPF, saringan long-pass.

Ing taun 2010, kristal non-linear kalkogenida biaxial anyar, BaGa4Se7 (BGSe), digawe kanthi metode Bridgman-Stockbarger. Nduweni kisaran transparan sing jembar saka 0.47 nganti 18 µm (kaya sing dituduhake ing Gambar 1) kanthi koefisien nonlinear d11 = 24.3 pm / V lan d13 = 20.4 pm / V. Jendela transparansi BGSe luwih jembar tinimbang ZGP lan LGS sanajan nonlinearitase luwih murah tinimbang ZGP (75 ± 8 pm / V). Beda karo GaSe, BGSe uga bisa dipotong ing sudut pencocokan phase sing dipengini lan bisa dilapisi anti-refleksi.

Persiyapan eksperimen digambarake ing Gambar 2 (a). Pulsa nyopir wiwitane digawe saka mode Kerr-lensa sing wis dikunci ing omah: Osilator ZnS kanthi polikristalin Cr: Kristal ZnS (5 × 2 × 9 mm3, transmisi = 15% ing taun 1908nm) minangka medium sing dipompa dening Laser serat sing di-dopamin ing 1908nm. Osilasi ing growong gelombang ngadeg nyedhiyakake pulsa 45-fs kanthi laju pengulangan 69 MHz kanthi daya rata-rata 1 W ing dawane gelombang operator 2,4 m. Kekuwatan digedhekake nganti 3,3 W ing polycrystalline Cr-pass tunggal tingkat internal: amplifier ZnS (5 × 2 × 6 mm3, transmisi = 20% ing 1908nm lan 5 × 2 × 9 mm3, transmisi = 15% ing 1908nm), lan durasi pulsa output diukur nganggo aparat grating optik (SHG-FROG) generasi kaping loro sing dibangun omah kanthi frekuensi.

DSC_0646Kesimpulan

Dheweke nduduhake sumber MIR kanthi kristal BGSe adhedhasar metode IDFG. Cr femtosecond: Sistem laser ZnS kanthi dawa gelombang 2.4 µm digunakake minangka sumber nyopir, saéngga jangkoan spektral sekaligus saka 6 nganti 18 µm. Kanggo sing paling dingerteni, iki minangka kaping pisanan generasi MIR broadband diwujudake kanthi kristal BGSe. Output kasebut diarepake duwe durasi pulsa sawetara siklus lan uga stabil ing fase pembawa amplop. Dibandhingake karo kristal liyane, asil awal karo BGSe nuduhake generasi MIR kanthi bandwidth wiyar sing bisa dibandhingake (luwih jembar tinimbang ZGP lan LGS) sanajan kanthi daya rata-rata lan efisiensi konversi luwih murah. Daya rata-rata sing luwih dhuwur bisa diarepake kanthi optimalisasi ukuran titik fokus lan kekandelan kristal luwih dawa. Kualitas kristal sing luwih apik kanthi ambang kerusakan sing luwih dhuwur uga bakal migunani kanggo nambah efisiensi rata-rata MIR lan efisiensi konversi. Karya iki nuduhake manawa kristal BGSe minangka materi sing janjeni kanggo broadband, generasi MIR sing koheren.
Wektu kiriman: Dec-07-2020