Einführung
Licht im mittleren Infrarotbereich (MIR) im Bereich von 2–20 µm ist für die chemische und biologische Identifizierung nützlich, da in diesem Spektralbereich viele molekulare charakteristische Absorptionslinien vorhanden sind.Eine kohärente Quelle mit wenigen Zyklen und gleichzeitiger Abdeckung des breiten MIR-Bereichs kann darüber hinaus neue Anwendungen wie Mikrospektroskopie, Femtosekunden-Pump-Probe-Spektroskopie und empfindliche Messungen mit hohem Dynamikbereich ermöglichen. Bisher gab es zahlreiche Schemata
wurden zur Erzeugung kohärenter MIR-Strahlung entwickelt, beispielsweise Synchrotronstrahllinien, Quantenkaskadenlaser, Superkontinuumsquellen, optische parametrische Oszillatoren (OPO) und optische parametrische Verstärker (OPA).Diese Schemata haben alle ihre eigenen Stärken und Schwächen in Bezug auf Komplexität, Bandbreite, Leistung, Effizienz und Impulsdauer.Unter anderem erregt die Intrapulse-Differenzfrequenzerzeugung (IDFG) dank der Entwicklung leistungsstarker Femtosekunden-2-µm-Laser, die nichtlineare Nichtoxidkristalle mit kleiner Bandlücke effektiv pumpen können, um leistungsstarkes, breitbandiges, kohärentes MIR-Licht zu erzeugen, wachsende Aufmerksamkeit.Im Vergleich zu den normalerweise verwendeten OPOs und OPAs ermöglicht IDFG eine Reduzierung der Systemkomplexität und eine Verbesserung der Zuverlässigkeit, da die Notwendigkeit entfällt, zwei separate Strahlen oder Hohlräume mit hoher Präzision auszurichten.Darüber hinaus ist der MIR-Ausgang mit IDFG intrinsisch trägerhüllkurvenphasenstabil (CEP).
Abb. 1
Transmissionsspektrum der 1 mm dicken unbeschichteten FlächeBGSe-Kristallbereitgestellt von DIEN TECH.Der Einschub zeigt den tatsächlich in diesem Experiment verwendeten Kristall.
Abb. 2
Versuchsaufbau der MIR-Generation mit aBGSe-Kristall.OAP, Off-Axis-Parabolspiegel mit einer effektiven Fokuslänge von 20 mm;HWP, Halbwellenplatte;TFP, Dünnschichtpolarisator;LPF, Langpassfilter.
Im Jahr 2010 wurde mit der Bridgman-Stockbarger-Methode ein neuer biaxialer nichtlinearer Chalkogenidkristall, BaGa4Se7 (BGSe), hergestellt.Es verfügt über einen breiten Transparenzbereich von 0,47 bis 18 µm (wie in Abb. 1 dargestellt) mit nichtlinearen Koeffizienten von d11 = 24,3 pm/V und d13 = 20,4 pm/V.Das Transparenzfenster von BGSe ist deutlich breiter als das von ZGP und LGS, obwohl seine Nichtlinearität geringer als die von ZGP ist (75 ± 8 pm/V).Im Gegensatz zu GaSe kann BGSe auch im gewünschten Phasenanpassungswinkel geschnitten und mit einer Antireflexionsbeschichtung versehen werden.
Der Versuchsaufbau ist in Abb. 2 (a) dargestellt.Die Antriebsimpulse werden zunächst von einem selbstgebauten modengekoppelten Cr:ZnS-Oszillator mit Kerr-Linse und einem polykristallinen Cr:ZnS-Kristall (5 × 2 × 9 mm3, Transmission = 15 % bei 1908 nm) als Verstärkungsmedium erzeugt, das von a gepumpt wird Tm-dotierter Faserlaser bei 1908 nm.Die Schwingung in einem Stehwellenhohlraum liefert 45-fs-Impulse mit einer Wiederholungsrate von 69 MHz und einer durchschnittlichen Leistung von 1 W bei einer Trägerwellenlänge von 2,4 µm.Die Leistung wird in einem selbstgebauten zweistufigen polykristallinen Cr:ZnS-Verstärker mit einem Durchgang (5 × 2 × 6 mm3, Transmission = 20 % bei 1908 nm und 5 × 2 × 9 mm3, Transmission = 15 % bei 1908 nm) auf 3,3 W verstärkt 1908 nm) und die Dauer des Ausgangsimpulses wird mit einem selbstgebauten SHG-FROG-Gerät (Second Harmonic Generation Frequency-Resolved Optical Grating) gemessen.
