Investigación sobre osciladores paramétricos de infrarrojo medio - Parte 06

3. Resultados Experimentales y Análisis

3.2 Características de Salida de OPO

La distancia entre las lentes de acoplamiento M1 y M2, que bombean el MgO:PPLN (www.wisoptic.com) El láser de fibra pulsada descrito anteriormente fue ajustado. Utilizando un analizador de punto focal, se observó que el diámetro de la cintura del haz del punto enfocado era de 200 μm (como se muestra en la Figura 7). La posición del cristal de MgO:PPLN se ajustó para asegurar que la cintura del haz estuviera centrada dentro del cristal. Se analizó el efecto de la transmitancia del espejo de salida M4 en la potencia de salida del láser infrarrojo medio, como se muestra en la Figura 7. Se puede observar que la potencia del láser infrarrojo medio aumenta casi linealmente con el aumento de la potencia de bombeo. Cuando la transmitancia de la luz de señal del espejo de salida es del 0%, 10%, 20% y 30%, las potencias umbral de bombeo del láser de 3817 nm son 7.2 W, 12.4 W, 16.3 W y 24.5 W, respectivamente. A la máxima potencia de bombeo, las potencias de salida son 5.93 W, 5.24 W, 5.05 W y 4.06 W, respectivamente, correspondientes a eficiencias de conversión óptica a óptica del 13.5%, 11.9%, 11.5% y 9.2%. Esto se debe a que la pérdida de la cavidad aumenta con el incremento de la transmitancia de la luz de señal del espejo de salida M4. Con bombeo de baja potencia, la densidad de potencia de la luz de señal en la cavidad resonante con mayor transmitancia es relativamente pequeña, lo que dificulta lograr la conversión de frecuencia de tres ondas, resultando así en un umbral de salida más alto. Se analizó la eficiencia de conversión óptica a óptica bajo diferentes transmitancias, como se muestra en la Figura 8. Se puede observar que, con el aumento de la potencia de bombeo, la eficiencia de conversión óptica a óptica del láser infrarrojo medio primero aumenta y luego disminuye, estabilizándose finalmente. Esto se debe a que, bajo bombeo de baja potencia, debido a la baja densidad de potencia de las tres ondas dentro de la cavidad, la potencia de salida del láser infrarrojo medio aumenta linealmente con el incremento de la potencia de bombeo. Cuando la transmitancia del espejo de salida es del 0%, 10% y 20%, las potencias de bombeo requeridas para la máxima eficiencia de conversión óptica a óptica son 12.4 W, 16.4 W y 23.4 W, respectivamente. Aumentar aún más la potencia de bombeo conduce a un efecto de inversión cuando la densidad de potencia de los haces de onda ociosa y de señal dentro de la cavidad alcanza un cierto valor, causando que la energía de la onda ociosa fluya de regreso, reduciendo así la eficiencia de conversión óptica a óptica. Simultáneamente, MgO:PPLN(www.wisoptic.com) Presenta características de absorción de longitud de onda larga y una fuerte absorción de luz láser de 3.8 μm. Bajo bombeo de alta potencia, exhibe un fuerte efecto de lente térmica, afectando el acoplamiento de modos intracavitarios, lo que también es una razón para la disminución e inestabilidad de la eficiencia de conversión óptico-óptica.

Fig. 7 Diagrama de la potencia del láser de 3817 nm bajo diferentes transmitancias del espejo de salida y el punto focal

Fig. 8 Diagrama de la eficiencia de conversión del láser de 3817 nm bajo diferentes transmitancias del espejo de salida

La señal temporal de la luz de señal fue monitoreada utilizando un fotodetector de InGaAs, como se muestra en la Figura 9. A máxima potencia de bombeo, los anchos de pulso del láser para diferentes transmitancias del espejo de salida fueron de 94.6 ns, 95.8 ns, 89.8 ns y 92.4 ns, respectivamente. En comparación con el ancho de pulso del láser de bombeo, el ancho de pulso de la luz de señal se comprimió en diversos grados. Esto se debe a que el OPO tiene un cierto umbral de oscilación, y el láser de bombeo utiliza conmutación Q acústico-óptica, lo que resulta en una densidad de potencia relativamente baja en el borde frontal del pulso del láser de salida, provocando que la luz paramétrica se establezca más tarde que la luz de bombeo. Simultáneamente, la densidad de potencia de bombeo es relativamente alta en la mitad del pulso de bombeo, lo que permite que la luz paramétrica oscile rápidamente, resultando finalmente en un borde frontal del pulso más corto para la luz paramétrica en comparación con la luz de bombeo. Durante todo el proceso, el ancho de pulso de la luz paramétrica es menor que el ancho de pulso de la luz de bombeo.

Fig. 9  Diagrama de la característica temporal del dominio del láser de señal bajo diferentes transmitancias del espejo de salida. (a) HR; (b) T=10%; (c) T=20%; (d) T=30%