BGSe非線形結晶を使用したオクターブスパン中赤外線の生成

Dr.JINWEI ZHANGと彼のチームは、中心波長2.4 µmで28 fsパルスを供給するCr:ZnSレーザーシステムを使用して、BGSe結晶内のパルス内差周​​波数生成を駆動するポンプソースとして使用されます。その結果、6〜18 µmに及ぶコヒーレントな広帯域中赤外線連続体が得られました。これは、BGSe結晶が、フェムト秒ポンプソースを使用した周波数ダウンコンバージョンによるブロードバンドの数サイクルの中赤外線生成に有望な材料であることを示しています。

前書き

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吸収線が存在するため、化学的および生物学的同定に役立ちます。広いMIR範囲を同時にカバーするコヒーレントな数サイクルの光源により、マイクロ分光法、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ウム光源、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ました。これらのスキームにはすべて、複雑さ、帯域幅、電力、効率、およびパルス幅の点で独自の長所と短所があります。その中でも、小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の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2 µmレーザーの開発により、パルス内差周​​波発生(IDFG)が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では、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いため、システムの複雑さを軽減し、信頼性を高めることができます。さらに、MIR出力は、IDFGで本質的にキャリアエンベロープフェーズ(CEP)で安定しています。

図1

DIENTECHが提供する厚さ1mmのコーティングされていないBGSe結晶の透過スペクトル。挿入図は、この実験で使用された実際の水晶を示しています。

図2

BGSe結晶を使用したMIR生成の実験セットアップ。OAP、有効焦点距離20mmの軸外し放物面鏡。HWP、半波長板; TFP、薄膜偏光子; LPF、ロングパスフィルター。

2010年に、新しい2軸カルコゲニド非線形結晶である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。透明度の範囲は0.47〜18 µm(図1を参照)で、非線形係数はd11 = 24.3 pm / Vおよびd13 = 20.4 pm / Vです。BGSeの透過ウィンドウは、非線形性がZGP(75±8 pm / V)よりも低いものの、ZGPおよびLGSよりも大幅に広くなっています。GaSeとは対照的に、BGSeは、必要な位相整合角度で切断することもでき、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%)を備え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、69MHzの繰り返しレートで動作する45fsのパルスを、2.4 µmのキャリア波長で1Wの平均電力で供給します。自作の2段シングルパス多結晶Cr:ZnS増幅器(5×2×6 mm3、透過率= 1908nmで20%、5×2×9 mm3、透過率= 15%)で、電力は3.3Wに増幅されます。 1908nm)、出力パルス持続時間は、自家製の第二高調波発生周波数分解光格子(SHG-FROG)装置で測定されます。

DSC_0646結論

彼らは、IDFG法に基づくBGSe結晶を使用したMIRソースを実証しました。波長2.4µmのフェムト秒Cr:ZnSレーザーシステムを駆動源として使用し、6〜18 µmの同時スペクトルカバレッジを可能にしました。私たちの知る限り、ブロードバンドMIR生成がBGSeクリスタルで実現されたのはこれが初めてです。出力は、数サイクルのパルス幅を持ち、キャリアエンベロープフェーズでも安定していると予想されます。他の水晶と比較して、BGSeを使用した予備的な結果は、平均電力と変換効率は低いものの、同等の広い帯域幅(ZGPおよびLGSよりも広い)のMIR生成を示しています。フォーカススポットサイズと結晶厚をさらに最適化することで、より高い平均パワーが期待できます。より高い損傷閾値を備えたより良い結晶品質もまた、MIR平均電力および変換効率を高めるために有益であろう。この研究は、BGSe結晶が広帯域でコヒーレントなMIR生成のための有望な材料であることを示しています。
投稿時間:2020年12月7日