Fuentes ultrarrápidas de alta potencia en el infrarrojo medio de 2 a 5 μm basadas en una fuente de longitud de onda dual - Parte 1

1 Introducción

Láseres de pulso ultracorto de infrarrojo medio con una longitud de onda de 2 a 5metroLos m tienen un valor de aplicación irremplazable en la investigación básica y las aplicaciones industriales debido a su posición de banda única. En el campo de la detección molecular, 2-5metroLos láseres m pueden resonar con moléculas como CO y N₂O, logrando así la detección de gases de efecto invernadero y gases respiratorios. En el campo de las comunicaciones espaciales, el 3-5metroLa banda m presenta una absorción débil en la atmósfera y se denomina "ventana atmosférica transparente". Los sistemas de comunicación que operan en esta banda presentan una alta eficiencia. En el campo de la óptica no lineal, dado que la frecuencia de corte que satisface la coincidencia de fase de los armónicos de orden superior es proporcional a la 1,7ª potencia de la longitud de onda de bombeo, al utilizar láseres de pulso ultracorto en el infrarrojo medio como luz de bombeo para excitar armónicos de orden superior, se pueden excitar armónicos de orden superior. En el campo de la biomedicina, la imagen microespectral en el infrarrojo medio se considera ampliamente una tecnología de imagen no destructiva, sin marcadores y de alta sensibilidad, y su valor en la investigación y el diagnóstico del cáncer, así como en la investigación tisular in vitro, ha sido comprobado.

Actualmente, los métodos para generar láseres ultrarrápidos en el infrarrojo medio incluyen la generación de supercontinuo, osciladores/amplificadores paramétricos ópticos, láseres de fibra/estado sólido en el infrarrojo medio, generación de diferencia de frecuencia intrapulso y generación de diferencia de frecuencia. La tecnología de generación de supercontinuo puede ampliar el espectro de salida de los láseres ultrarrápidos a >10 μm⁰, pero su fase espectral es relativamente compleja y la proporción de energía de una banda específica es baja, lo que dificulta la generación de pulsos ultracortos sintonizables de alta energía. La tecnología de oscilador/amplificador paramétrico óptico utiliza cristales no lineales para lograr la conversión de longitud de onda. En este caso, el oscilador paramétrico óptico necesita diseñar una cavidad para cumplir con las condiciones de resonancia y presenta altos requisitos para el diseño de la trayectoria óptica. El amplificador paramétrico óptico no requiere una cavidad resonante y tiene una estructura relativamente simple, pero necesita proporcionar luz de señal en la banda del infrarrojo medio y presenta mayores requisitos para el dispositivo frontal. Al dopar iones de tierras raras como erbio, tulio y holmio en fibras y cristales ópticos del infrarrojo medio, y combinarlos con dispositivos de modo bloqueado del infrarrojo medio, la banda de salida del oscilador láser del infrarrojo medio se puede expandir hasta aproximadamente 5 μm. Además, seleniuro de zinc dopado con cromo (Cr:ZnSe) y Cr:ZnS(www.wisoptic.com)Los láseres son dos láseres típicos de estado sólido con bloqueo de modo en la banda del infrarrojo medio. Estos dos materiales poseen un amplio espectro de emisión, una eficiencia cuántica extremadamente alta, buena estabilidad y alta conductividad térmica, por lo que se les denomina "zafiro de titanio en la banda del infrarrojo medio". Sin embargo, debido a la limitación del ancho de banda de emisión del medio de ganancia, la longitud de onda de salida del láser de infrarrojo medio no puede ajustarse en un amplio rango. La tecnología de generación de diferencia de frecuencia intrapulso utiliza el fenómeno de autodiferencia de frecuencia de un amplio espectro en el cristal para generar un espectro coherente de infrarrojo medio con un ancho de banda de hasta 50 THz. Este esquema puede generar pulsos ultracortos con una fase de envolvente portadora estable, solo requiere un láser de accionamiento y el dispositivo experimental es relativamente simple. Sin embargo, debido a la limitación de su propio ancho de banda espectral, su capacidad de sintonización espectral y su potencia de salida aún son limitadas.