Fuentes ultrarrápidas de alta potencia en el infrarrojo medio de 2 a 5 μm basadas en una fuente de longitud de onda dual - Parte 10

4.Conclusión

Para obtener pulsos ultracortos de infrarrojo medio de longitud de onda corta sintonizables de alta potencia, este artículo utiliza un láser de fibra dopado con erbio (EDF-LAD) y emplea métodos de compresión y amplificación no lineales.

Una parte de la energía se amplía a 1,03 μm a través de una fibra altamente no lineal, que sirve como luz de semilla paraYCPA dopado con terrebio (amplificación y compresión cromática). El pulso restante se utiliza como luz de semilla para el CPA dopado con erbio. El CPA dopado con erbio y el CPA dopado con iterbio aumentan las energías de los pulsos de 1,55 μm y 1,03 μm a 140 nJ y 0,95 μJ, respectivamente, con anchos de pulso de 290 fs y 260 fs. Acoplado con el pulso de alta energía de 1,55 μm en una fibra de 8,5 cm de longitud con desplazamiento de dispersión, se genera un lóbulo lateral espectral con un espectro ajustable de 1300 a 1900 nm y una potencia promedio de 50 a 400 mW, lo que proporciona un pulso de señal de alta energía para el proceso de generación espectral con desplazamiento de dispersión (DFG).

Basándose en el método de Fourier distribuido para resolver la ecuación de mezcla de tres ondas, se estudió la influencia de las energías del pulso de bombeo y del pulso de señal en la energía del pulso de inactividad durante el proceso de DFG. La variación de la energía de inactividad con la energía de bombeo puede dividirse en regiones lineales, exponenciales y de saturación. Se propuso que la energía de inactividad de salida puede optimizarse ajustando el retardo entre pulsos incidentes.

En el experimento, basado en una fuente de luz sintonizable de longitud de onda dual de alta potencia, se obtuvo una fuente de luz ultrarrápida de infrarrojo medio con una longitud de onda central de 3,06 μm, una potencia promedio de 3,06 W y una energía de pulso de 90 nJ utilizando un cristal PPLN de 3 mm. (www.wethabtak.com)La longitud de onda central de esta fuente de luz infrarroja media se puede ajustar entre 2 y 5 μm, y la potencia promedio es > 1 W, que representa el resultado de potencia promedio más alto en este rango de longitud de onda.

Las trayectorias ópticas de bombeo y señal en el experimento tenían trayectorias ópticas relativamente largas y ambas contenían etapas de amplificación de alta potencia y módulos de acoplamiento de fibra. Estos factores, en conjunto, provocaron una baja estabilidad de la potencia de salida final. El factor más crítico es que, a medida que el pulso de bombeo y el pulso de señal se propagan en sus respectivas trayectorias ópticas, el cambio en el índice de refracción causado por las variaciones de temperatura de la fibra altera la diferencia de trayectoria óptica entre ambos pulsos, lo que afecta la sincronización temporal de los pulsos de bombeo y señal y, en última instancia, la eficiencia de la diferencia de frecuencia.

En experimentos posteriores se añadirá un sistema de bloqueo para estabilizar la potencia de salida. Debido a la falta de un dispositivo de medición del ancho de haz y de pulso en el infrarrojo medio, en este experimento solo se midió la calidad del haz y del pulso del láser de infrarrojo cercano. La circularidad de los haces de bombeo y señal enfocados fue superior al 95 %.

Dado que este experimento utiliza la generación de frecuencia de diferencia colineal para producir un láser ultrarrápido de infrarrojo medio, la calidad del haz del láser de infrarrojo medio está muy influenciada por la calidad del haz de infrarrojo cercano; por lo tanto, es razonable creer que el láser de infrarrojo medio también posee una alta calidad de haz.

Además, con base en los parámetros de bombeo y pulso de señal del experimento, simulamos el proceso de generación de frecuencia diferencial y calculamos que el ancho de pulso de femtosegundos en el infrarrojo medio es de aproximadamente 200 fs, cercano al ancho de pulso limitado por la transformada correspondiente al espectro de salida. Esta fuente de femtosegundos en el infrarrojo medio de alta energía y alta potencia posee un amplio rango de sintonización espectral y una alta potencia de pico, y se espera que se utilice en campos de investigación como la detección de moléculas de gas, el diagnóstico de combustión y la generación de armónicos de alto orden.