ضبط الطول الموجي الإلكتروني للأشعة تحت الحمراء المتوسطة عن طريق خلط اختلاف تردد الأشعة تحت الحمراء في ليزر Cr: ZnSe

خصائص Intracavity-DFG

يوضح الشكل 2 أ اعتماد طاقة الإدخال والإخراج الناتج جنبًا إلى جنب مع ملف تعريف الحزمة الوسيطة المقاسة عند 9.0 ميكرومتر من الطول الموجي الوسيط عند طاقة مضخة 15 مللي جول. تم الكشف عن طاقة النبض السلبية بعد فترة وجيزة من عتبة التذبذب في ET-Cr: ZnSe laser (λ_س= 2.60 ميكرومتر) ووجدت زيادة غير خطية مع زيادة خطية للمضخة وطاقات نبضة الإشارة. كان الحد الأقصى للطاقة السلبية 110 µJ عند طاقة مضخة تبلغ 21 مللي جول ، وهو ما يقابل كفاءة تحويل كلية من مضخة إلى وسيط تبلغ 0.5٪. بالنظر إلى اقتران الخرج ، تقدر طاقة إشارة التجويف بـ 7.6 مللي جول (ر= عند 95٪ λ_ص) من 400 μJ من طاقة الإشارة المقاسة خارج التجويف. ثم يتم تحديد كفاءة التحويل داخل التجويف بحوالي 2.7٪ (\ (= {E} _ {i} / \ sqrt {{E} _ {p} \ cdot {E} _ {s}} \)استخدام طاقة المضخة المتبقية 2.3 مللي جول ، المقدرة من طاقة المضخة المنقولة البالغة 2.1 مللي جول المقاسة بعد M2 (د= عند 92٪ λ_ص) هنا ، إن تدفق الطاقة للمضخة وحزم الإشارة على سطح ZGP هو 0.3 و 1.0 جول / سم.²، على التوالى. لم يلاحظ أي ضرر بصري لسطح ZGP في هذه الحالة طوال التجربة.

لاحظ أنه على الرغم من الامتصاص الكبير نسبيًا لعينة Cr: ZnSe المستخدمة في عملية الإثارة ، ليس لدينا دليل واضح على تدهور خصائص الخرج المكاني والزماني والطيفي لمصدر المضخة المتبقية. لذلك ، يمكن أن يُعزى ملف تعريف الحزمة الوسيطة المشوهة قليلاً (الشكل 2 أ) إلى الامتصاص الأعمق لعينة ZGP عند الطول الموجي العاطل. ومع ذلك ، تم العثور على ملف تعريف الحزمة هذا ليكون أكثر نظافة عند مقارنته بأشعة الليزر المتتالية الكمية المستخدمة بشكل متكرر للتطبيقات الطيفية (انظر ، على سبيل المثال ، الشكل 2 ب من المرجع.²⁸)

ويبين الشكل 2 ب المظهر الجانبي الزمني المقابل للحزمة المنفعلة مع حزم الدخل. كان لنبض المضخة شكل غاوسي بمدة تبلغ حوالي 400 نانوثانية (FWHM). يكرر المظهر الزمني للنبضة السلبية نبضة الإشارة المعدلة بواسطة تذبذب الاسترخاء لليزر Cr: ZnSe.¹⁸، مما يعطي نفس وقت التجميع ~ 185 نانوثانية. من الممكن قمع تذبذبات الاسترخاء للحصول على عملية نبضة ذروة واحدة عن طريق زيادة طول التجويف أو تقليل مدة نبض المضخة.²⁷.

وفي الوقت نفسه ، فإن العرض الطيفي للمضخة المتبقية (أي ليزر Tm: YAG) والإشارة (أي ET-Cr: ليزر ZnSe) هو ~ 5 و1-1.5 سم.⁻¹، على التوالي ، باستخدام مطياف (ASP-IR-3.5 ، AVESTA Ltd.). لذلك ، من المتوقع أن يكون العرض الطيفي للحزمة المنفعلة حوالي 5 سم⁻¹ في ظل حالة NCPM الطيفية ، يتوافق هذا جيدًا مع القيم المقدرة في قياس امتصاص الغاز لدينا. يمكن أن يؤدي تضييق طيف المضخة إلى زيادة تضييق الطيف السلبي.

المسح الإلكتروني لطول الموجة بالأشعة تحت الحمراء المتوسطة

يوضح الشكل 3 أ النتيجة التجريبية للضبط الإلكتروني لطول موجة الإشارة عن طريق تغذية الترددات الراديوية في AOTF بحجم خطوة 0.004 ميجاهرتز (أي ، Δ).λ_س ~ 0.35 نانومتر) في نطاق 35 و 45 ميجاهرتز. تم تسجيل طاقة النبض عند كل طول موجي بمعدل 1 ثانية عند طاقة مضخة ثابتة تبلغ 20 مللي جول. كان الطول الموجي للإشارة قابلاً للضبط إلكترونيًا في النطاق 2.22 – 2.72 ميكرومتر ، والذي يتوافق مع نطاق التردد اللاسلكي 44.7 – 36.0 ميجا هرتز. تم الحصول على طاقة نبضية تزيد عن 250 ميكرو جول حول مركز الكسب (2.35 – 2.5 ميكرومتر).

(أ) نطاق الضبط الإلكتروني لمنحنى ضبط المرشح لـ ET-Cr: ليزر ZnSe و AOTF. (ب) نطاق الضبط الإلكتروني لإلغاء التنشيط عندما تكون زاوية PM ثابتة عند 50.6 درجة. تتوافق المخططات الرمادية مع الترددات اللاسلكية الواردة في AOTF لضبط الطول الموجي الإلكتروني.

يوضح الشكل 3 ب نطاق ضبط الطول الموجي السلبي. بزاوية PM ثابتة θ= 50.6 درجة ، تم تعديل الطول الموجي السلبي إلى نطاق 8.4-9.7 ميكرومتر عن طريق الضبط الإلكتروني لطول موجة الليزر في نطاق 2.54 – 2.65 ميكرومتر (أي 37.0 – 38.7 ميجاهرتز). تم تحقيق طاقة نبضة سلبية أكبر من 100 J في نطاق 8.8-9.0 ميكرومتر ، وهي أعلى طاقة تم الإبلاغ عنها حتى الآن لتوليد الأشعة تحت الحمراء المتوسطة استنادًا إلى DFG داخل التجويف الخاص بليزر Cr: ZnSe. توضح هذه النتائج أننا حققنا تحكمًا عاليًا في الطول الموجي مع طاقات نبضة عالية في نطاق 8-9 ميكرومتر عن طريق التجويف الداخلي DFG حول NCPM الطيفي في ZGP جنبًا إلى جنب مع ضبط الطول الموجي الإلكتروني لليزر Cr: ZnSe.

يوسع نطاق المسح بالأشعة تحت الحمراء المتوسطة

يمكن تمديد نطاق المسح بالأشعة تحت الحمراء المتوسطة من خلال الجمع بين ضبط الطول الموجي الإلكتروني مع ضبط زاوية صغير (Δ).θ<0.5 °) من البلورة اللاخطية حول نقطة انسحاب PM. يوضح الشكل 4 أ ضبط الطول الموجي للتخميل الإلكتروني عن طريق تغيير زوايا PM الثابتة لـ ZGP عند طاقة مضخة تبلغ 20 مللي جول. تم تحقيق نطاقات الضبط من 8.3-9.2 و 8.4-9.5 و 8.3-9.9 و 8.5-10.1 و 9.0-11.0 ميكرومتر عند زوايا PM تبلغ 50.3 درجة و 50.4 درجة و 50.5 درجة و 50.6 درجة و 5 على التوالي. في منطقة الطول الموجي الطويل ، تم العثور على انخفاض في طاقة النبض بسبب فقدان امتصاص ZGP. ومع ذلك ، من خلال اختيار ثلاث زوايا PM من 50.3 درجة و 50.5 درجة و 50.7 درجة ، يمكن تغطية منطقة منتصف الأشعة تحت الحمراء الواسعة من 8.3-11 ميكرومتر عن طريق الضبط الإلكتروني لطول موجة الإشارة في نطاق 2.46-2.66 ميكرومتر. هنا ، تم ضبط الطول الموجي للإشارة عن طريق تطبيق الترددات الراديوية على AOTF بحجم خطوة 0.004 MHz (أي ،).λ_س~ 0.35 نانومتر) في نطاق 36.9 و 40.0 ميجا هرتز.

(أ) نطاق ضبط إلكتروني لوحدة التباطؤ بزاوية PM تبلغ 50.3 درجة و 50.4 درجة و 50.5 درجة و 50.6 درجة و 50.7 درجة. المخططات الرمادية هي RFs المقدمة في AOTF. (ب–همنحنيات ضبط PM لـ DFG في AGSe (النوع -1 ، 2) ، CdSe (النوع -1 ، 2) و ZGP (النوع -1 ، 2) عند 20 درجة مئوية. يتم توفير موجات الضخ والإشارة بواسطة ليزر Tm: YAG (2.013 ميكرومتر) وليزر ET-Cr: ZnSe ، على التوالي. تم حساب المنحنى باستخدام معادلة AGSe الخاصة بشركة Sellmeier²⁹قرص مضغوط³⁰و ZGP²⁴.

في النظام المقترح ، يمكن توسيع نطاق المسح بالأشعة تحت الحمراء المتوسطة باستخدام مواد غير خطية مختلفة. على سبيل المثال ، قمنا بحساب منحنيات ضبط PM النظرية للمواد غير الخطية المتاحة تجاريًا AGSe.²⁹ و CdSe³⁰ لعملية DFG الحالية كما هو موضح في الشكل 4 ب. تم العثور على هذه المواد غير الخطية لديها نقاط إعادة تشكيل منحنيات PM ضمن نطاق ضبط ليزر ET-Cr: ZnSe ، بينما تختفي الخطية الفعالة لعملية النوع 1 من CdSe بسبب تناسقها الهيكلي. الأطوال الموجية السلبية لمطابقة نقاط ارتداد الجسيمات λ_انا= 13.0 / 15.2 ميكرومتر (λ_س= 2.38 / 2.32 ميكرومتر) للنوع 1 / النوع 2 AGSe و λ_انا= 16.3 (λ_س= 2.30 ميكرومتر) للنوع 2 CdSe ، وهو أطول بكثير λ_انا= 10.4 / 11.9 ميكرومتر (λ_س= 2.50 / 2.42 ميكرومتر) للنوع 1 / النوع 2 ZGP. بفضل الشفافية الواسعة لـ AGSe (0.71–19 ميكرومتر³¹) و CdSe (0.75-25 ميكرومتر³²) ، لذا فإن النظام يتيح التوليد غير الخطي لأطوال موجية سلبية تتجاوز 10 ميكرومتر دون خسائر امتصاص كبيرة ، حيث يكون أداء التفاعلات غير الخطية باستخدام ZGP مقيدًا بامتصاص الفونون المتعدد الذي لوحظ بالفعل في التجربة الحالية (الشكل 4 أ). ضع في اعتبارك مركب السيلينيد المكتشف حديثًا BaGa₂GeSe₆يمكن أيضًا استخدامها كبديل لـ AGSe و ZGP لاشتقاق موضع NCPM الطيفي λ_انا= 10 و 12 ميكرومتر لعمليات النوع 1 والنوع 2 على التوالي³³. لذلك ، من المتوقع أن تغطي الطريقة المقترحة منطقة البصمة الجزيئية بأكملها تقريبًا من خلال الاستخدام المناسب لمركبات السيلينيد بالإضافة إلى ZGP. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن الترددات الراديوية لضبط الطول الموجي الإلكتروني تكون في مراسلات فردية بين أطوال موجات الإشارة وأطوال موجات سلبية ، لا يحتاج النظام إلى جهاز مراقبة الطول الموجي لتحديد الإشارة وأطوال الموجات السلبية بمجرد الحصول على جدول المعلمات. هذه الوظيفة مفيدة جدًا أيضًا في التحليل الطيفي بالليزر متوسط ​​الأشعة تحت الحمراء القابل للضبط.