Invoering
Midden-infrarood (MIR) licht in het bereik van 2-20 µm is nuttig voor chemische en biologische identificatie vanwege de aanwezigheid van veel moleculair karakteristieke absorptielijnen in dit spectrale gebied.Een coherente bron met weinig cycli en een gelijktijdige dekking van het brede MIR-bereik kan nieuwe toepassingen verder mogelijk maken, zoals mircospectroscopie, femtoseconde pompsondespectroscopie en gevoelige metingen met een hoog dynamisch bereik. Tot nu toe zijn er talloze schema's beschikbaar.
is ontwikkeld om coherente MIR-straling te genereren, zoals synchrotronbundellijnen, kwantumcascadelasers, supercontinuumbronnen, optische parametrische oscillatoren (OPO) en optische parametrische versterkers (OPA).Deze schema's hebben allemaal hun eigen sterke en zwakke punten in termen van complexiteit, bandbreedte, kracht, efficiëntie en pulsduur.Onder hen trekt intra-pulsverschilfrequentiegeneratie (IDFG) steeds meer aandacht dankzij de ontwikkeling van krachtige femtoseconde 2 µm lasers die effectief niet-oxide niet-lineaire kristallen met een kleine bandafstand kunnen pompen om hoogvermogen breedband coherent MIR-licht te genereren.Vergeleken met de normaal gebruikte OPO's en OPA's maakt IDFG een vermindering van de systeemcomplexiteit en een verbetering van de betrouwbaarheid mogelijk, omdat de noodzaak om twee afzonderlijke balken of holtes met hoge precisie uit te lijnen, wordt geëlimineerd.Bovendien is de MIR-uitvoer intrinsiek carrier-envelope-phase (CEP) stabiel met IDFG.
Figuur 1
Transmissiespectrum van de 1 mm dikke ongecoateBGSe-kristalgeleverd door DIEN TECH.De inzet toont het daadwerkelijke kristal dat in dit experiment is gebruikt.
Fig. 2
Experimentele opstelling van de MIR-generatie met aBGSe-kristal.OAP, off-axis parabolische spiegel met een effectieve focuslengte van 20 mm;HWP, halvegolfplaat;TFP, dunnefilmpolarisator;LPF, langdoorlaatfilter.
In 2010 is een nieuw biaxiaal niet-lineair chalcogenide-kristal, BaGa4Se7 (BGSe), vervaardigd met behulp van de Bridgman-Stockbarger-methode.Het heeft een breed transparantiebereik van 0,47 tot 18 µm (zoals weergegeven in figuur 1) met niet-lineaire coëfficiënten van d11 = 24,3 pm/V en d13 = 20,4 pm/V.Het transparantievenster van BGSe is aanzienlijk breder dan dat van ZGP en LGS, hoewel de niet-lineariteit ervan lager is dan die van ZGP (75 ± 8 pm/V).In tegenstelling tot GaSe kan BGSe ook in de gewenste fase-aanpassingshoek worden gesneden en worden voorzien van een antireflectiecoating.
De experimentele opstelling wordt geïllustreerd in figuur 2 (a).De aandrijfpulsen worden aanvankelijk gegenereerd door een zelfgebouwde Kerr-lens mode-locked Cr:ZnS-oscillator met een polykristallijn Cr:ZnS-kristal (5 x 2 x 9 mm3, transmissie = 15% bij 1908 nm) als versterkingsmedium, gepompt door een Tm-gedoteerde fiberlaser bij 1908 nm.De oscillatie in een staande golfholte levert pulsen van 45 fs die werken met een herhalingssnelheid van 69 MHz met een gemiddeld vermogen van 1 W bij een draaggolfgolflengte van 2,4 µm.Het vermogen wordt versterkt tot 3,3 W in een zelfgebouwde tweetraps single-pass polykristallijne Cr:ZnS-versterker (5 × 2 × 6 mm3, transmissie=20% bij 1908 nm en 5 × 2 × 9 mm3, transmissie=15% bij 1908 nm), en de duur van de uitgangspuls wordt gemeten met een zelfgebouwd apparaat van de tweede harmonische generatie, frequentie-opgelost optisch rooster (SHG-FROG).
