導入
2 ～ 20 μm の範囲の中赤外 (MIR) 光は、このスペクトル領域に多くの分子特性の吸収線が存在するため、化学的および生物学的識別に役立ちます。広いMIR範囲を同時にカバーするコヒーレントで数サイクルの光源により、顕微鏡分光法、フェムト秒ポンププローブ分光法、高ダイナミックレンジの高感度測定などの新しいアプリケーションがさらに可能になります。
シンクロトロンビームライン、量子カスケードレーザー、スーパーコンティニューム源、光パラメトリック発振器（OPO）、光パラメトリック増幅器（OPA）などのコヒーレントMIR放射を生成するために開発されたもの。これらの方式はすべて、複雑さ、帯域幅、電力、効率、パルス持続時間の点で独自の長所と短所があります。中でも、パルス内差周波発生（IDFG）は、小さなバンドギャップの非酸化物非線形結晶を効果的に励起して高出力広帯域コヒーレントMIR光を生成できる高出力フェムト秒2μmレーザーの開発のおかげで注目を集めています。通常使用される OPO および OPA と比較して、IDFG を使用すると、2 つの別々のビームまたはキャビティを高精度で位置合わせする必要がなくなるため、システムの複雑さが軽減され、信頼性が向上します。さらに、MIR 出力は本質的に IDFG で搬送波エンベロープ位相 (CEP) が安定しています。
2010 年に、新しい二軸カルコゲニド非線形結晶、BaGa4Se7 (BGSe) がブリッジマン・ストックバーガー法を使用して製造されました。透明度範囲は 0.47 ～ 18 µm (図 1 参照) と広く、非線形係数は d11 = 24.3 pm/V および d13 = 20.4 pm/V です。BGSe の透明度ウィンドウは、ZGP および LGS よりも大幅に広いですが、その非線形性は ZGP (75 ± 8 pm/V) よりも低くなります。GaSe とは対照的に、BGSe は所望の位相整合角度でカットすることもでき、反射防止コーティングを施すこともできます。
実験装置を図 2(a) に示します。駆動パルスは、最初に、多結晶 Cr:ZnS 結晶 (5 × 2 × 9 mm3、透過率 = 1908nm で 15%) を利得媒体として使用した、自家製のカーレンズモードロック Cr:ZnS 発振器から生成されます。 1908nmのTmドープファイバーレーザー。定在波キャビティ内の発振は、2.4 μm の搬送波波長で 1 W の平均パワーで 69 MHz の繰り返し速度で動作する 45 fs パルスを生成します。電力は、自家製の 2 段シングルパス多結晶 Cr:ZnS アンプ (1908nm で 5 × 2 × 6 mm3、透過率 = 20%、1908nm で 5 × 2 × 9 mm3、透過率 = 15%) で 3.3 W まで増幅されます。 1908nm）、出力パルス幅は自作の第二高調波発生周波数分解光回折格子（SHG-FROG）装置で測定されます。
