Introducción
La luz del infrarrojo medio (MIR) en el rango de 2 a 20 µm es útil para la identificación química y biológica debido a la presencia de muchas líneas de absorción características moleculares en esta región espectral.Una fuente coherente de pocos ciclos con una cobertura simultánea del amplio rango MIR puede permitir nuevas aplicaciones como la microespectroscopia, la espectroscopia con sonda de bomba de femtosegundos y mediciones sensibles de alto rango dinámico. Hasta ahora se han implementado numerosos esquemas.
Se han desarrollado para generar radiación MIR coherente, como líneas de haz de sincrotrón, láseres de cascada cuántica, fuentes supercontinuas, osciladores ópticos paramétricos (OPO) y amplificadores ópticos paramétricos (OPA).Todos estos esquemas tienen sus propias fortalezas y debilidades en términos de complejidad, ancho de banda, potencia, eficiencia y duración de los pulsos.Entre ellos, la generación de diferencia de frecuencia intrapulso (IDFG) está atrayendo cada vez más atención gracias al desarrollo de láseres de femtosegundos de 2 µm de alta potencia que pueden bombear eficazmente cristales no lineales de banda prohibida pequeña y no óxidos para generar luz MIR coherente de banda ancha de alta potencia.En comparación con los OPO y OPA utilizados normalmente, IDFG permite una reducción en la complejidad del sistema y una mejora de la confiabilidad, ya que se elimina la necesidad de alinear dos haces o cavidades separadas con alta precisión.Además, la salida MIR es intrínsecamente estable en fase de envolvente portadora (CEP) con IDFG.
Figura 1
Espectro de transmisión del estucado de 1 mm de espesorcristal BGSeproporcionado por DIEN TECH.El recuadro muestra el cristal real utilizado en este experimento.
Figura 2
Configuración experimental de la generación MIR con unCristal BGSe.OAP, espejo parabólico fuera de eje con una longitud de enfoque efectiva de 20 mm;HWP, placa de media onda;TFP, polarizador de película delgada;LPF, filtro de paso largo.
En 2010, se fabricó un nuevo cristal no lineal de calcogenuro biaxial, BaGa4Se7 (BGSe), utilizando el método Bridgman-Stockbarger.Tiene un amplio rango de transparencia de 0,47 a 18 µm (como se muestra en la Fig. 1) con coeficientes no lineales de d11 = 24,3 pm/V y d13 = 20,4 pm/V.La ventana de transparencia de BGSe es significativamente más amplia que la de ZGP y LGS, aunque su no linealidad es menor que la de ZGP (75 ± 8 pm/V).A diferencia del GaSe, el BGSe también se puede cortar con el ángulo de adaptación de fases deseado y se puede recubrir con un revestimiento antirreflectante.
La configuración experimental se ilustra en la Fig. 2 (a).Los pulsos de conducción se generan inicialmente a partir de un oscilador de Cr:ZnS con modo bloqueado de lente Kerr de construcción casera con un cristal policristalino de Cr:ZnS (5 × 2 × 9 mm3, transmisión = 15% a 1908 nm) como medio de ganancia bombeado por un Láser de fibra dopada con Tm a 1908 nm.La oscilación en una cavidad de onda estacionaria genera pulsos de 45 fs que funcionan a una velocidad de repetición de 69 MHz con una potencia promedio de 1 W y una longitud de onda portadora de 2,4 µm.La potencia se amplifica a 3,3 W en un amplificador casero de Cr:ZnS policristalino de dos etapas de un solo paso (5 × 2 × 6 mm3, transmisión = 20 % a 1908 nm y 5 × 2 × 9 mm3, transmisión = 15 % a 1908 nm), y la duración del pulso de salida se mide con un aparato casero de rejilla óptica de resolución de frecuencia de segunda generación de armónicos (SHG-FROG).
