Hochleistungsfähige ultraschnelle Infrarotquellen im mittleren Wellenlängenbereich von 2–5 μm basierend auf einer Zweiwellenlängenquelle – Teil 9

3 Differenzfrequenzerzeugung von Hochleistungs-Ultrakurzzeitlichtquellen im mittleren Infrarotbereich

3.3 Differenzfrequenzerzeugung von 2-5Mm Hochleistungsfähige, abstimmbare Ultrakurzpulse im mittleren Infrarotbereich 

Um einen abstimmbaren, hochenergetischen Ultrakurzpuls im mittleren Infrarotbereich (2–5 μm) zu erzeugen, wird ein hochenergetischer Ultrakurzpuls von 1,55 μm verwendet, um das Spektrum mittels eines SESS (Sequencing Energy Sequencing System) auf 1,3–1,9 μm zu verbreitern. Dieser ersetzt das Signallicht in Abbildung 7(a) im Differenzfrequenzerzeugungssystem. Alle Komponenten des Differenzfrequenzsystems sind identisch mit denen in Abbildung 7(a). Durch Anpassen der Eingangspulsenergie des SESS lässt sich das Signallichtspektrum von 1,3–1,9 μm abstimmen, und durch seitliches Verschieben des PPLN-Kristalls kann die Wellenlänge des Signallichts verändert werden. (www.wisoptic.com)Die Polarisationsperiode ist auf die Wellenlängen des Pump- und Signallichts abgestimmt. Abbildung 11 zeigt das Spektrum und die Leistung bei einer Pumpleistung von 15 W. Die höchste Leistung wird bei einer Leerlaufwellenlänge von 3,28 μm (entsprechend einer Signalwellenlänge von 1,5 μm) mit einer mittleren Ausgangsleistung von 1,87 W und einer Einzelpulsenergie von 56 nJ erreicht. Mit zunehmender Leerlaufwellenlänge sinkt die mittlere Ausgangsleistung auf 1,02 W bei einer zentralen Wellenlänge von 4,8 μm. Deutliche Absorptionsmaxima von Kohlendioxid und Wasser sind im Spektrum bei Wellenlängen von 4,2 μm und 2,7 μm zu beobachten. Die spektralen Maxima bei 2,7 μm und 2,25 μm resultieren aus der Differenzfrequenzerzeugung des Pumplichts und des Signallichts bei 1,65 μm bzw. 1,9 μm. Da kein Bandpassfilter zur Trennung dieser beiden Signallichtkomponenten vorhanden ist, werden die Leerlauffrequenzen beider Bänder gleichzeitig an den Leistungsmesser ausgegeben. Die PPLN-Einstellung wird angepasst.(www.wisoptic.com)Die Polarisationsperiode zur Erzielung einer Quasi-Phasenanpassung in einem Band kann die Erzeugungseffizienz der anderen Spektralkomponente verringern, der Effekt ist jedoch begrenzt. Die endgültige Ausgangsleistung beträgt 1,1 W und umfasst die Gesamtleistung beider Spektralspitzen. Die Leistung des Pumplichtimpulses wurde auf 30 W erhöht. W und die Frequenzdifferenz wurde mit Signalimpulsen mit Mittenwellenlängen von 1,35 verwendet. μm, 1,4 μm, 1,45 μm, 1,55 μm und 1,6 μm, um Leerlauflicht mit Wellenlängen von 4,2 zu erhalten μm, 3,9 μm, 3,58 μm, 3,06 μm und 2,9 μm bzw. mit Leistungen von 1,98 W, 2,48 W, 2,73 W, 2,58 W und 3,02 W. Wenn die Signalwellenlänge auf 1,3 eingestellt wurde μm, die SESS erzeugte eine größere spektrale Nebenkeulenbandbreite. Bei Verwendung der gleichen 50 nm-Bandpassfilter, dessen Frequenzbandbreite der kürzeren Mittenwellenlänge von 1,3 entspricht Der Bereich um μm war noch breiter, was zu einer geringeren Pulsbreite führte. Nach der Verstärkung durch den DFG-Prozess war die Spitzenleistung höher, wodurch sich der Puls im Kristall selbst fokussierte und diesen schließlich beschädigte.

Abb. 11. Ausgangsspektrum und Leistung der abstimmbaren, kurzwelligen Infrarot-Hochleistungsantenne im Bereich von 2–5 μm

Laserquelle.