توليد الأشعة تحت الحمراء المتوسطة الممتدة لأوكتاف باستخدام بلورة غير خطية BGSe

يستخدم الدكتور JINWEI ZHANG وفريقه نظام ليزر Cr: ZnS الذي يوفر نبضات 28-fs بطول موجة مركزي يبلغ 2.4 ميكرومتر كمصدر للمضخة ، مما يدفع توليد التردد داخل النبض داخل بلورة BGSe. ونتيجة لذلك ، تم الحصول على سلسلة متصلة من الأشعة تحت الحمراء متوسطة النطاق عريضة النطاق متماسكة تمتد من 6 إلى 18 ميكرومتر. يُظهر أن بلورة BGSe مادة واعدة للنطاق العريض ، وتوليد الأشعة تحت الحمراء المتوسطة بدورات قليلة عبر تحويل التردد إلى أسفل مع مصادر مضخة الفيمتوثانية.

مقدمة

ضوء منتصف الأشعة تحت الحمراء (MIR) في نطاق 2-20 ميكرومتر مفيد في التحديد الكيميائي والبيولوجي بسبب وجود العديد من خطوط الامتصاص الجزيئية المميزة في هذه المنطقة الطيفية. يمكن لمصدر متماسك ذي دورات قليلة مع تغطية متزامنة لنطاق MIR الواسع أن يمكّن تطبيقات جديدة مثل التحليل الطيفي المرئي والتحليل الطيفي لمسبار المضخة الفيمتو ثانية والقياسات الحساسة ذات النطاق الديناميكي العالي حتى الآن.
تم تطويره لتوليد إشعاع MIR متماسك ، مثل خطوط شعاع السنكروترون ، وأشعة الليزر المتتالية الكمومية ، ومصادر التفريغ الفائق ، والمذبذبات البارامترية الضوئية (OPO) والمضخمات الضوئية البارامترية (OPA). كل هذه المخططات لها نقاط القوة والضعف الخاصة بها من حيث التعقيد وعرض النطاق الترددي والقوة والكفاءة وفترات النبض. من بينها ، يجذب توليد تردد الفرق داخل النبض (IDFG) اهتمامًا متزايدًا بفضل تطوير ليزر الفيمتو ثانية عالي الطاقة 2 ميكرومتر الذي يمكنه ضخ بلورات غير خطية ذات فجوة نطاق صغيرة بشكل فعال لتوليد ضوء MIR متماسك عالي الطاقة واسع النطاق. بالمقارنة مع OPOs و OPA المستخدمة عادة ، يسمح IDFG بتقليل تعقيد النظام وتعزيز الموثوقية ، حيث يتم إزالة الحاجة إلى محاذاة حزمتين منفصلتين أو تجاويف بدقة عالية. إلى جانب ذلك ، يكون خرج MIR مستقرًا في جوهره على طور غلاف الموجة الحاملة (CEP) مع IDFG.

رسم بياني 1

طيف الإرسال من بلورة BGSe غير المطلية بسمك 1 مم والمقدمة من DIEN TECH. يوضح الشكل الداخلي البلورة الفعلية المستخدمة في هذه التجربة.

الصورة 2

الإعداد التجريبي لجيل MIR مع بلورة BGSe. OAP ، مرآة مكافئة خارج المحور بطول تركيز فعال يبلغ 20 مم ؛ HWP ، لوحة نصف الموجة ؛ TFP ، مستقطب غشاء رقيق ؛ LPF ، مرشح التمرير الطويل.

في عام 2010 ، تم تصنيع بلورة غير خطية جديدة من نوع كالكوجينيد ثنائي المحور ، BaGa4Se7 (BGSe) ، باستخدام طريقة Bridgman-Stockbarger. لديها نطاق شفافية واسع من 0.47 إلى 18 ميكرومتر (كما هو موضح في الشكل 1) مع معاملات غير خطية d11 = 24.3 pm / V و d13 = 20.4 pm / V. تعد نافذة الشفافية لـ BGSe أوسع بكثير من ZGP و LGS على الرغم من أن خطيتها أقل من ZGP (75 ± 8 مساءً / V). على عكس GaSe ، يمكن أيضًا قطع BGSe بزاوية مطابقة المرحلة المرغوبة ويمكن أن تكون مغلفة بمقاومة الانعكاس.

الإعداد التجريبي موضح في الشكل 2 (أ). يتم إنشاء نبضات القيادة مبدئيًا من مذبذب Kerr المصنوع منزليًا وضع القفل Cr: ZnS مع بلورة متعددة البلورات Cr: ZnS (5 × 2 × 9 مم 3 ، ناقل الحركة = 15٪ عند 1908 نانومتر) كوسيط ربح يتم ضخه بواسطة a ليزر ألياف مخدر Tm عند 1908 نانومتر. يوفر التذبذب في تجويف الموجة الواقفة نبضات 45-fs تعمل بمعدل تكرار 69 ميجاهرتز بمتوسط ​​قدرة 1 وات عند طول موجة حاملة 2.4 ميكرومتر. يتم تضخيم الطاقة إلى 3.3 واط في مضخم متعدد البلورات أحادي المرحلة مصنوع منزليًا على مرحلتين Cr: ZnS (5 × 2 × 6 مم 3 ، ناقل الحركة = 20٪ عند 1908 نانومتر و 5 × 2 × 9 مم 3 ، ناقل الحركة = 15٪ عند 1908 نانومتر) ، ويتم قياس مدة نبضة الخرج بجهاز صريف بصري (SHG-FROG) مُصنَّع منزليًا من الجيل الثاني المتوافق مع التردد.

DSC_0646استنتاج

أظهروا مصدر MIR باستخدام بلورة BGSe بناءً على طريقة IDFG. تم استخدام نظام ليزر فيمتوثانية Cr: ZnS بطول موجة 2.4 ميكرومتر كمصدر قيادة ، مما يتيح تغطية طيفية متزامنة من 6 إلى 18 ميكرومتر. على حد علمنا ، هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها تحقيق جيل MIR واسع النطاق في بلورة BGSe. من المتوقع أن يكون للإخراج فترات نبض قليلة الدورات وأيضًا أن يكون مستقرًا في طور الموجة الحاملة. مقارنة بالبلورات الأخرى ، تُظهر النتيجة الأولية لـ BGSe جيل MIR بنطاق ترددي عريض مشابه (أوسع من ZGP و LGS) على الرغم من انخفاض متوسط ​​الطاقة وكفاءة التحويل. يمكن توقع متوسط ​​طاقة أعلى مع مزيد من التحسين لحجم التركيز البؤري وسمك الكريستال. قد تكون جودة الكريستال الأفضل مع عتبة ضرر أعلى مفيدة أيضًا لزيادة متوسط ​​طاقة MIR وكفاءة التحويل. يوضح هذا العمل أن بلورة BGSe مادة واعدة لتوليد MIR المتماسك عريض النطاق.
الوقت ما بعد: ديسمبر 07-2020