Forschung zu parametrischen Oszillatoren im mittleren Infrarotbereich - Teil 01

Forschung zu parametrischen Oszillatoren im mittleren Infrarotbereich - Teil 01

1. Einführung

Laser im 3–5-µm-Band nutzen ein atmosphärisches Fenster und finden bedeutende Anwendungen in der Laserkommunikation, der Atmosphärenüberwachung und der Lasermedizin. Die optische parametrische Oszillation (OPO) ist eine wichtige Technologie zur Realisierung von Mittel-Infrarot-Lasern und bietet Vorteile wie kompakte Bauweise, einen großen Wellenlängen-Abstimmbereich und hohe Effizienz. Zu den derzeit verfügbaren nichtlinearen Kristallen, die Mittel-Infrarot-Laser im Bereich von 3–5 µm erzeugen können, gehören ZnGeP-Kristalle.₂(ZGP) und MgO:PPLN (www.wisoptic.com)ZGP-Kristalle weisen jedoch eine hohe Absorption für Laser unter 2 μm auf, weshalb für die Erzeugung von Lasern mit Wellenlängen über 2 μm eine Kaskadenpumpung erforderlich ist..MgO:PPLN-Kristalle, die Quasi-Phasenanpassungstechnologie nutzen, besitzen hohe nichtlineare Koeffizienten und eine hohe optisch-optische Umwandlungseffizienz und können mit 1-μm-Lasern gepumpt werden, wodurch eine miniaturisierte Hochleistungslaserleistung im mittleren Infrarotbereich erreicht wird.

Da Festkörper-Pulslaser eine hohe Spitzenleistung aufweisen, werden die meisten herkömmlichen MgO:PPLN-OPO-Pumpquellen für den mittleren Infrarotbereich durch Anregen von MgO:PPLN mit einem 1-µm-Festkörperlaser realisiert. Im Jahr 2007 verwendeten Zhao Wei et al. einen LD-gepumpten Nd:YVO₄-Laser.₄ (www.wisoptic.com)Ein Laser wurde als Pumpquelle verwendet und mit einem intrakavitären OPO eine abstimmbare Laserleistung von 1493–1538 nm erzielt. Im Jahr 2010 nutzte die Forschungsgruppe von Peng Yuefeng an der Chinesischen Akademie für Ingenieurphysik einen kontinuierlich gepumpten akustooptischen gütegeschalteten Oszillator mit einer Wellenlänge von 1064 nm, um einen OPO auf Basis eines MgO:PPLN-Kristalls zu pumpen und so einen 22,6 W starken Mittel-Infrarotlaser mit einer Wellenlänge von 3,86 μm zu erzeugen.

Im Jahr 2023 nutzten Gao Baoguang et al. vom Institut für Luft- und Raumfahrtinformationsforschung der Chinesischen Akademie der Wissenschaften einen optisch gepumpten OPO auf Basis von MgO:PPLN mit einer Polarisationsperiode von 29 μm und einer elektrooptischen Q-Schaltung mit hoher Strahlqualität. Der OPO wurde mit einer Grundfrequenz von 1064 nm betrieben. Die Spitzenleistung des Lasers betrug 48,45 kW bei einer Wellenlänge von 3,93 μm. Ebenfalls im Jahr 2023 verwendeten Liu Shuai et al. von der Universität Tianjin einen selbstgebauten 1-kHz-OPO. Durch die Verwendung eines 1064 nm-Lasers im Nanosekundenbereich als Pumplicht und das Pumpen eines OPO auf Basis von MgO:PPLN wurde ein 4,08 μm-Mittel-Infrarot-Laserausgang mit einer Einzelpulsenergie von 1,104 mJ erzielt.