Hochleistungs-Ultrakurzpulsquellen im mittleren Infrarotbereich bei 2 – 5 μm basierend auf einer Quelle mit zwei Wellenlängen – Teil 8

3 Differenzfrequenzerzeugung von Hochleistungs-Ultrakurzpulslichtquellen im mittleren Infrarot

3.2 Differenzfrequenzerzeugung zur Erzeugung leistungsstarker ultrakurzer Pulse im mittleren Infrarotbereich bei 3MM

Die Zeitverzögerungsleitung wurde so eingestellt, dass Pumpimpuls und Signalimpuls zeitlich synchronisiert wurden. Die Variation der Ausgangsleistung im mittleren Infrarotbereich wurde jeweils mit der Pumpleistung und der Signalleistung gemessen. Die Ergebnisse sind in Abbildung 9 dargestellt.

Feige.9.In der experimentellen Ausgabe der Leerlauflichtenergie ändert sich mit dem Pumplicht und Signal

Lichtenergie nach optimierter Verzögerung

Während der Messung wurde die Verzögerungsleitung optimiert, um eine maximale Ausgangsleistung im mittleren Infrarotbereich zu gewährleisten. Wenn in Abbildung 9(a) die Signalenergie 0,3 nJ beträgt (schwarze Quadrate), steigt die Leerlaufenergie zunächst exponentiell mit der Pumpenergie an und erreicht die Sättigung, nachdem die Pumpenergie 600 nJ überschreitet. Dieser Trend steht im Einklang mit dem Trend in Abbildung 3(a), wo die Signalenergie 0,1 nJ beträgt und die Pumpenergie zwischen 100 und 3,5 μJ variiert. Wenn die Signalenergie auf 9 nJ ansteigt (grüne Dreiecke), verstärkt sich die nichtlineare Wechselwirkung deutlich und die zum Erreichen der Sättigung erforderliche Pumpenergie sinkt auf 240 nJ. Wenn die Signalenergie 120 nJ beträgt (schwarzer sechseckiger Stern), gelangt die Leerlaufenergie in den Sättigungsbereich, nachdem die Pumpenergie 120 nJ überschreitet, was mit der Kurve übereinstimmt, die der Signalimpulsenergie von 100 nJ in Abbildung 3(a) entspricht. Aufgrund der Verzögerungsoptimierung nähert sich die Leerlaufenergiekurve in geordneter Weise ihrem Maximalwert an, was mit dem Trend der Kurve in Abbildung 3(a) übereinstimmt. Der Leerlaufenergiekurve nach zu urteilen, arbeitet der DFG im Sättigungsbereich, wenn die Pumpenergie 900 nJ und die Signalenergie 120 nJ beträgt, was mit den entsprechenden Energien in Abbildung 3(a) übereinstimmt. Abbildung 9(b) zeigt die Kurve der Leerlaufenergie gegenüber der Signalenergie für verschiedene Pumpenergien (60–900 nJ). Im Vergleich zum Wachstumsmuster der Kurve in Abbildung 3(b) ist die Impulsenergie, die den Parametern in Abbildung 9 entspricht, höher, was zu keinem Bereich führt, in dem die Leerlaufenergie linear mit der Signalenergie ansteigt. Die Idler-Wachstumsrate verlangsamt sich bei allen Pumpenergien allmählich. Wenn die Pumpenergie nur 60 nJ beträgt (schwarze Quadrate), ist keine offensichtliche Sättigung zu beobachten. Wenn die Pumpenergie 540 nJ beträgt (grüne Dreiecke), beträgt die zum Erreichen des Sättigungsbereichs erforderliche Signalenergie 45 nJ. Wenn die Pumpenergie 900 nJ beträgt, beträgt die zum Erreichen des Sättigungsbereichs erforderliche Signalenergie 9 nJ, was mit dem Simulationsmuster in Abbildung 3(b) übereinstimmt. Wenn die Pumplichtenergie 900 nJ und die Signallichtenergie 120 nJ beträgt, beträgt die Ausgangsenergie des Leerlauflichts im mittleren Infrarot 92 nJ mit einer Wiederholungsrate von 33,3 MHz, was einer durchschnittlichen Leistung von 3,06 W entspricht. Das Leerlauflichtspektrum ist in Abbildung 10 dargestellt. Das Spektrum hat eine zentrale Wellenlänge von 3,06 μm und eine Halbwertsbreite von ungefähr 70 nm. Die rote gestrichelte Linie ist das mittlere Infrarotspektrum, das anhand der Ausgangsparameter des Dual-Wellenlängen-Lasers berechnet wurde. Die experimentellen und simulierten Spektrumsbreiten sind nahezu identisch, mit einer leichten Verschiebung der zentralen Wellenlänge aufgrund eines geringfügigen Unterschieds in der effektiven Polarisationsperiode des PPLN(www.wisoptic.com)Kristall im Experiment und in der Simulation.

Abb. 10.Die endgültige Ausgabe des mittleren Infrarotspektrums