Мощные сверхбыстрые источники среднего инфракрасного излучения на длинах волн 2–5 мкм на основе двухволнового источника — Часть 10

4.Заключение

Для получения мощных перестраиваемых коротковолновых ультракоротких импульсов в среднем инфракрасном диапазоне в данной работе используется волоконный лазер с примесью эрбия (EDF-LAD) и применяются методы нелинейного усиления и сжатия.

Часть энергии расширяется до 1,03 мкм с помощью сильно нелинейного волокна, служащего в качестве затравки для излучения.ДаCPA с легированием тербием (хроматическое усиление и сжатие). Оставшийся импульс используется в качестве затравки для CPA с легированием эрбием. CPA с легированием эрбием и CPA с легированием иттербием увеличивают энергию импульсов с длиной волны 1,55 мкм и 1,03 мкм до 140 нДж и 0,95 мкДж соответственно, при длительности импульсов 290 фс и 260 фс. При соединении с высокоэнергетическим импульсом с длиной волны 1,55 мкм в дисперсионно-сдвинутое волокно длиной 8,5 см генерируется спектральный боковой лепесток с перестраиваемым спектром от 1300 до 1900 нм и средней мощностью 50–400 мВт, обеспечивающий высокоэнергетический сигнальный импульс для процесса DFG (генерация спектра со сдвигом дисперсии).

На основе распределенного метода Фурье для решения уравнения трехволнового смешения исследовано влияние энергий импульса накачки и сигнального импульса на энергию холостого импульса в процессе ГРЧ. Изменение энергии холостого хода в зависимости от энергии накачки можно разделить на линейную, экспоненциальную и область насыщения. Было предложено оптимизировать выходную энергию холостого хода путем регулирования задержки между падающими импульсами.

В эксперименте, основанном на мощном двухволновом перестраиваемом источнике света, был получен сверхбыстрый источник света в среднем инфракрасном диапазоне с центральной длиной волны 3,06 мкм, средней мощностью 3,06 Вт и энергией импульса 90 нДж, используя кристалл PPLN диаметром 3 мм. (www.wisoptic.com)Центральная длина волны этого источника среднеинфракрасного излучения регулируется в диапазоне 2–5 мкм, а средняя мощность составляет > 1 Вт, что соответствует максимальному среднему значению мощности в этом диапазоне длин волн.

В эксперименте оптические пути накачки и сигнала имели относительно большую длину и содержали как мощные усилительные каскады, так и модули волоконной связи. В совокупности эти факторы привели к низкой стабильности конечной выходной мощности. Наиболее критичным фактором является то, что по мере распространения импульсов накачки и сигнала в соответствующих оптических путях изменение показателя преломления, вызванное колебаниями температуры волокна, изменяет разность оптических путей между двумя импульсами, влияя на временную синхронизацию импульсов накачки и сигнала и, в конечном итоге, на эффективность разности частот.

В последующих экспериментах будет добавлена ​​система блокировки для стабилизации выходной мощности. Из-за отсутствия устройства измерения ширины луча и ширины импульса в среднем инфракрасном диапазоне в этом эксперименте измерялись только качество луча и импульса ближнего инфракрасного лазера. Круглость сфокусированных пучков накачки и сигнала составляла более 95%.

Поскольку в этом эксперименте используется коллинеарная генерация разностной частоты для получения сверхбыстрого лазера в среднем инфракрасном диапазоне, качество луча этого лазера в значительной степени зависит от качества луча в ближнем инфракрасном диапазоне; поэтому можно предположить, что лазер в среднем инфракрасном диапазоне также обладает высоким качеством луча.

Кроме того, на основе параметров импульсов накачки и сигнала, использованных в эксперименте, мы смоделировали процесс генерации разностной частоты и рассчитали ширину фемтосекундного импульса в среднем инфракрасном диапазоне, которая составила приблизительно 200 фс, что близко к предельной ширине импульса, соответствующей выходному спектру. Этот высокоэнергетический и мощный источник фемтосекунд в среднем инфракрасном диапазоне обладает широким диапазоном спектральной настройки и высокой пиковой мощностью, и ожидается, что он будет использоваться в таких областях исследований, как обнаружение молекул газа, диагностика горения и генерация гармоник высокого порядка.