Introduktion
Midt-infrarødt (MIR) lys i området 2-20 µm er nyttigt til kemisk og biologisk identifikation på grund af tilstedeværelsen af mange molekylære karakteristiske absorptionslinjer i denne spektrale region.En sammenhængende, få-cyklus kilde med en samtidig dækning af det brede MIR-område kan yderligere muliggøre nye applikationer såsom mirko-spektroskopi, femtosekund pumpe-sonde spektroskopi og høj-dynamisk område følsomme målinger. Indtil nu har talrige skemaer
udviklet til at generere kohærent MIR-stråling, såsom synkrotronstrålelinjer, kvantekaskadelasere, superkontinuumkilder, optiske parametriske oscillatorer (OPO) og optiske parametriske forstærkere (OPA).Disse ordninger har alle deres egne styrker og svagheder med hensyn til kompleksitet, båndbredde, effekt, effektivitet og pulsvarighed.Blandt dem tiltrækker intra-pulse difference frequency generation (IDFG) stigende opmærksomhed takket være udviklingen af højeffekt femtosekund 2 µm lasere, der effektivt kan pumpe ikke-oxiderede ikke-lineære krystaller med lille båndgab for at generere højeffekt bredbånds kohærent MIR-lys.Sammenlignet med de normalt brugte OPO'er og OPA'er tillader IDFG en reduktion af systemets kompleksitet og forbedring af pålideligheden, da behovet for at justere to separate bjælker eller hulrum med høj præcision fjernes.Desuden er MIR-output iboende carrier-envelope-fase (CEP) stabil med IDFG.
Fig 1
Transmissionsspektrum af den 1 mm tykke ubelagteBGSe krystalleveret af DIEN TECH.Indsatsen viser den faktiske krystal, der blev brugt i dette eksperiment.
Fig 2
Eksperimentel opsætning af MIR-generationen med enBGSe krystal.OAP, off-axis parabolsk spejl med en effektiv fokuslængde på 20 mm;HWP, halv-bølge plade;TFP, tyndfilm polarisator;LPF, langpasfilter.
I 2010 er en ny biaksial chalcogenid ikke-lineær krystal, BaGa4Se7 (BGSe), blevet fremstillet ved hjælp af Bridgman-Stockbarger-metoden.Den har et bredt gennemsigtighedsområde fra 0,47 til 18 µm (som vist i fig. 1) med ikke-lineære koefficienter på d11 = 24,3 pm/V og d13 = 20,4 pm/V.Gennemsigtighedsvinduet for BGSe er betydeligt bredere end ZGP og LGS, selvom dets ikke-linearitet er lavere end ZGP (75 ± 8 pm/V).I modsætning til GaSe kan BGSe også skæres i den ønskede fasetilpasningsvinkel og kan antirefleksbelagt.
Den eksperimentelle opsætning er illustreret i fig. 2(a).Drivimpulserne genereres oprindeligt fra en hjemmebygget Kerr-linse mode-låst Cr:ZnS oscillator med en polykrystallinsk Cr:ZnS krystal (5 × 2 × 9 mm3, transmission=15% ved 1908nm) som forstærkningsmediet pumpet af en Tm-doteret fiberlaser ved 1908nm.Oscillationen i et stående bølgehulrum leverer 45-fs-impulser, der opererer ved en gentagelseshastighed på 69 MHz med en gennemsnitlig effekt på 1 W ved en bærebølgelængde på 2,4 µm.Effekten forstærkes til 3,3 W i en hjemmebygget to-trins enkeltpas polykrystallinsk Cr:ZnS forstærker (5 × 2 × 6 mm3, transmission=20% ved 1908nm og 5 × 2 × 9 mm3, transmission=15% ved 1908nm), og udgangspulsvarigheden måles med et hjemmebygget anden harmonisk generation af frekvensopløst optisk gitter (SHG-FROG) apparat.
