Мощные сверхбыстрые источники среднего инфракрасного диапазона с длиной волны 2–5 мкм на основе двухволнового источника — Часть 7

3 Генерация разностной частоты мощных сверхбыстрых источников света среднего инфракрасного диапазона

3.2 Генерация разностной частоты для получения сверхкоротких импульсов высокой мощности в среднем инфракрасном диапазоне на частоте 3мм

Мы создали систему генерации разностной частоты (ГРЧ) на основе мощного двухволнового сверхбыстрого волоконного лазера, как показано на рисунке 7(а). Импульс накачки имеет центральную длину волны 1,03 мкм, энергию 0,95 мкДж и длительность импульса 260 фс; импульс сигнала имеет центральную длину волны 1,55 мкм, энергию 136 нДж и длительность импульса 290 фс. После регулировки временной задержки импульса накачки относительно сигнального импульса с помощью линии задержки два пучка объединяются коротковолновым дихроичным зеркалом (ДЗ) и затем фокусируются в кристалле PPLN.(www.wisoptic.com)с использованием плосковыпуклой линзы с фокусным расстоянием 250 мм. Кристалл PPLN имеет веерную конструкцию с плавно регулируемым периодом поляризации от 21 до 34 мкм и размерами 15 × 1 × 3 мм³. Обе поверхности кристалла покрыты просветляющими покрытиями для диапазонов длин волн 1,04–1,09 мкм, 1,3–1,7 мкм и 2,7–5,2 мкм для предотвращения френелевского отражения; термостатированная печь нагревает кристалл до 80 °C для предотвращения фоторефрактивного повреждения. После генерации разностной частоты импульсов накачки и сигнала в кристалле PPLN диаметром 3 мм результирующий импульс среднего инфракрасного диапазона вместе с холостым светом коллимируется плосковыпуклой линзой и затем отражается фильтром с длинной полосой пропускания (ФНЧ). Переданный лазерный луч является конечным выходным сигналом сверхбыстрого импульсного лазера среднего инфракрасного диапазона.

Рис.7. Мощный лазер среднего инфракрасного диапазона на основе DFG с длиной волны 3 мкм. (а) Рисунки экспериментальных

установки; (б) Когда фокальная точка находится за передней поверхностью кристалла; (в) Когда фокальная точка

точка расположена перед передней поверхностью кристалла

В процессе DFG размер лазерного пятна внутри кристалла напрямую определяет силу нелинейного взаимодействия. Чтобы максимизировать силу нелинейного взаимодействия без повреждения кристалла, размер лазерного пятна должен поддерживаться выше критического порога. В эксперименте диаметр лазерного пятна на передней поверхности кристалла изначально был установлен равным 200 мкм. После коллимации линзой на выходном конце форма пятна регистрировалась с помощью ПЗС-камеры. Полученные картины пятен при различных мощностях накачки показаны на рисунке 8.

Рис.8. Диаграмма светового пятна в дальней зоне при различной мощности накачки.

При увеличении энергии импульса накачки с 30 до 300 нДж форма пятна пучка практически не менялась. Однако при достижении энергии импульса накачки 450 нДж форма пятна пучка немного менялась, появлялось заметное расхождение на внешнем крае. При энергии 540 нДж происходила самофокусировка, приводившая к резкому изменению формы пятна пучка; дальнейшее увеличение энергии накачки приводило к повреждению кристалла PPLN. (www.wisoptic.com). Разместив кристалл в фокусе пучка и обеспечив пятно диаметром 200 мкм на передней поверхности кристалла (как показано на рисунке 7(c)) и проведя оптимизацию, удалось избежать самофокусировки даже при энергии накачки 900 нДж и энергии сигнала 120 нДж.