Pagbuo ng octave-spanning mid-infrared gamit ang isang BGSe nonlinear crystal

Si Dr.JINWEI ZHANG at ang kanyang koponan na gumagamit ng isang Cr: ZnS laser system na naghahatid ng 28-fs pulses sa isang gitnang haba ng daluyong na 2.4 µm ay ginagamit bilang pinagmulan ng bomba, na hinihimok ang pagbuo ng dalas ng pagkakaiba-iba ng intra-pulse sa loob ng BGSe na kristal. Bilang isang resulta, ang isang magkakaugnay na broadband na mid-infrared na pagpapatuloy na sumasaklaw mula 6 hanggang 18 µm ay nakuha. Ipinapakita nito na ang kristal ng BGSe ay isang maaasahang materyal para sa broadband, ilang-ikot na mid-infrared na henerasyon sa pamamagitan ng pagbaba ng dalas ng conversion na may mga mapagkukunan ng femtosecond pump.

Panimula

Ang Mid-infrared (MIR) na ilaw sa saklaw na 2-20 µm ay kapaki-pakinabang para sa pagkakakilanlan ng kemikal at biyolohikal dahil sa pagkakaroon ng maraming mga linya ng molekular na katangian ng pagsipsip sa rehiyon ng spectral na ito. Ang isang magkakaugnay, kaunting-ikot na mapagkukunan na may sabay na saklaw ng malawak na saklaw ng MIR ay maaaring higit na paganahin ang mga bagong aplikasyon tulad ng mirco-spectroscopy, femtosecond pump-probe spectroscopy, at mga high-dynamic-range na sensitibong pagsukat Hanggang ngayon maraming mga iskema ang may
ay binuo upang makabuo ng magkakaugnay na MIR radiation, tulad ng mga linya ng sinchrotron beam, mga quantum cascade laser, supercontinuum na mapagkukunan, optical parametric oscillators (OPO) at mga optikong parametric amplifiers (OPA). Ang mga iskemang ito ay lahat ay may kani-kanilang kalakasan at kahinaan sa mga tuntunin ng pagiging kumplikado, bandwidth, lakas, kahusayan, at tagal ng pulso. Kabilang sa mga ito, ang pagbuo ng dalas ng pagkakaiba-iba ng intra-pulse (IDFG) ay nakakaakit ng lumalaking pansin salamat sa pag-unlad ng mga high-power femtosecond 2 lasm na laser na maaaring epektibo na mag-usisa ng maliliit na bandgap na non-oxide na mga nonlinear na kristal upang makabuo ng mataas na lakas na broadband coherent MIR light. Kung ihahambing sa karaniwang ginagamit na mga OPO at OPA, pinapayagan ng IDFG ang pagbawas sa pagiging kumplikado ng system at pagpapahusay ng pagiging maaasahan, dahil ang pangangailangan na ihanay ang dalawang magkakahiwalay na beams o cavities sa mataas na katumpakan ay tinanggal. Bukod, ang output ng MIR ay intrinsically carrier-envelope-phase (CEP) na matatag sa IDFG.

Larawan 1

Ang spectrum ng paghahatid ng 1-mm-makapal na hindi pinahiran BGSe na kristal na ibinigay ng DIEN TECH. Ipinapakita ng inset ang tunay na kristal na ginamit sa eksperimentong ito.

Larawan 2

Pang-eksperimentong pag-set up ng henerasyon ng MIR na may isang kristal na BGSe. OAP, off-axis parabolic mirror na may mabisang haba ng pokus na 20 mm; HWP, kalahating alon na plato; TFP, manipis na film polarizer; LPF, filter na matagal nang pumasa.

Noong 2010, isang bagong biaxial chalcogenide nonlinear crystal, BaGa4Se7 (BGSe), ay gawa-gawa gamit ang pamamaraang Bridgman-Stockbarger. Mayroon itong malawak na saklaw ng transparency mula 0.47 hanggang 18 µm (tulad ng ipinakita sa Larawan 1) na may mga nonlinear coefficients ng d11 = 24.3 pm / V at d13 = 20.4 pm / V. Ang transparency window ng BGSe ay makabuluhang mas malawak kaysa sa ZGP at LGS bagaman ang nonlinearity nito ay mas mababa kaysa sa ZGP (75 ± 8 pm / V). Sa kaibahan sa GaSe, ang BGSe ay maaari ring i-cut sa nais na anggulo na tumutugma sa phase at maaaring pinahiran ng anti-reflection.

Ang pang-eksperimentong pag-setup ay inilalarawan sa Larawan 2 (a). Ang mga pulso sa pagmamaneho ay paunang nabuo mula sa isang home-built Kerr-lens mode-lock na Cr: ZnS oscillator na may polycrystalline Cr: ZnS crystal (5 × 2 × 9 mm3, transmission = 15% sa 1908nm) bilang medium na nakuha na ibinomba ng isang Tm-doped fiber laser sa 1908nm. Ang pag-oscillation sa isang nakatayo na lukab ng alon ay naghahatid ng 45-fs pulses na tumatakbo sa isang rate ng pag-uulit na 69 MHz na may average na lakas na 1 W sa isang haba ng daluyong ng carrier na 2.4 µm. Ang lakas ay pinalakas sa 3.3 W sa isang built-home na dalawang antas na polycrystalline Cr: ZnS amplifier (5 × 2 × 6 mm3, transmission = 20% sa 1908nm at 5 × 2 × 9 mm3, transmission = 15% sa 1908nm), at ang tagal ng output pulse ay sinusukat sa isang aparatong built-home na pangalawang-maharmonya-henerasyon na naayos ng frequency grating (SHG-FROG) na aparato.

DSC_0646Konklusyon

Ipinakita nila ang isang mapagkukunan ng MIR na may kristal na BGSe batay sa pamamaraan ng IDFG. Ang isang femtosecond Cr: Ang system ng laser ng ZnS sa haba ng haba ng 2.4 µm ay ginamit bilang mapagkukunan sa pagmamaneho, na nagbibigay-daan sa isang sabay-sabay na saklaw ng multo mula 6 hanggang 18 µm. Sa pagkakaalam namin, ito ang kauna-unahang pagkakataon na ang henerasyon ng broadband MIR ay napagtanto sa isang kristal na BGSe. Ang output ay inaasahan na magkaroon ng ilang-ikot na tagal ng pulso at maging matatag din sa yugto ng carrier-envelope. Kung ihahambing sa iba pang mga kristal, ang paunang resulta sa BGSe ay nagpapakita ng isang henerasyon ng MIR na may maihahambing na malawak na bandwidth (mas malawak kaysa sa ZGP at LGS) kahit na may isang mas mababang average na lakas at kahusayan ng conversion. Mas inaasahang mas mataas na average na lakas na may karagdagang pag-optimize ng laki ng pokus na lugar at kapal ng kristal. Ang isang mas mahusay na kalidad ng kristal na may mas mataas na threshold ng pinsala ay magiging kapaki-pakinabang din para sa pagtaas ng average na lakas at kahusayan ng conversion ng MIR. Ipinapakita ng gawaing ito na ang BGSe crystal ay isang maaasahang materyal para sa broadband, magkakaugnay na henerasyon ng MIR.
Oras ng pag-post: Dis-07-2020