Fuentes ultrarrápidas de alta potencia en el infrarrojo medio de 2 a 5 μm basadas en una fuente de longitud de onda dual - Parte 7

3 Generación de frecuencias diferenciales de fuentes de luz ultrarrápidas de infrarrojo medio de alta potencia

3.2 Generación de frecuencia diferencial para producir pulsos ultracortos de infrarrojo medio de alta potencia a 3metrometro

Construimos un sistema DFG (Generación de Frecuencia Diferencial) basado en un láser de fibra ultrarrápido de alta potencia y doble longitud de onda, como se muestra en la Figura 7(a). El pulso de bombeo tiene una longitud de onda central de 1,03 μm, una energía de 0,95 μJ y una anchura de pulso de 260 fs; el pulso de señal tiene una longitud de onda central de 1,55 μm, una energía de 136 nJ y una anchura de pulso de 290 fs. Tras ajustar el retardo temporal del pulso de bombeo con respecto al pulso de señal mediante una línea de retardo, los dos haces se combinan mediante un espejo dicroico (DM) de paso corto y se enfocan en un cristal PPLN.(www.wisoptic.com)Utilizando una lente plano-convexa con una distancia focal de 250 mm. El cristal PPLN tiene un diseño en abanico con un período de polarización continuamente ajustable entre 21 y 34 μm, y dimensiones de 15 × 1 × 3 mm³. Ambas superficies del cristal están recubiertas con recubrimientos antirreflectantes para los rangos de longitud de onda de 1,04–1,09 μm, 1,3–1,7 μm y 2,7–5,2 μm para prevenir la reflexión de Fresnel; un horno de temperatura controlada calienta el cristal a 80 °C para prevenir el daño fotorrefractivo. Después de la generación de frecuencia diferencial de los pulsos de bombeo y señal en el cristal PPLN de 3 mm, el pulso infrarrojo medio resultante, junto con la luz inactiva, es colimado por la lente plano-convexa y luego reflejado por un filtro de paso largo (LPF). El haz láser transmitido es la salida final del láser de pulso ultrarrápido infrarrojo medio.

Fig. 7. Láser infrarrojo medio de alta potencia de 3 μm basado en DFG. (a) Dibujos de experimentos

instalaciones; (b) Cuando el punto focal está detrás de la superficie frontal del cristal; (c) Cuando el punto focal

El punto se encuentra antes de la superficie frontal del cristal.

Durante el proceso DFG, el tamaño del punto láser dentro del cristal determina directamente la intensidad de la interacción no lineal. Para maximizar la intensidad de la interacción no lineal sin dañar el cristal, el tamaño del punto láser debe mantenerse por encima de un umbral crítico. En el experimento, el diámetro del punto láser en la superficie frontal del cristal se ajustó inicialmente a 200 μm. Tras la colimación con una lente en el extremo de salida, se registró la forma del punto con una cámara CCD. Los patrones de puntos resultantes con diferentes potencias de bombeo se muestran en la Figura 8.

Fig.8. Diagrama de punto de luz de campo lejano a diferentes potencias de bombeo.

Cuando la energía del pulso de bombeo aumentó de 30 nJ a 300 nJ, la forma del punto del haz permaneció prácticamente inalterada. Sin embargo, al alcanzar los 450 nJ, la forma del punto del haz cambió ligeramente, con una divergencia notable en el borde exterior. A 540 nJ, se produjo autoenfoque, lo que provocó un cambio drástico en la forma del punto del haz; un aumento adicional de la energía de bombeo dañaría el cristal PPLN. (www.wisoptic.com)Al posicionar el cristal en el foco del haz y asegurar un punto de 200 μm de diámetro en la superficie frontal del cristal (como se muestra en la Figura 7(c)), y después de la optimización, se pudo evitar el autoenfoque incluso con una energía de bombeo de 900 nJ y una energía de señal de 120 nJ.