3. Differenzfrequenzerzeugung von ultraschnellen Hochleistungs-Mittelinfrarot-Lichtquellen 3.3 Differenzfrequenz erzeugt 2-5μm hochleistungsstarke abstimmbare Mittelinfrarot-Ultrakurzimpulse Um 2-5 µm hochleistungsabstimmbare Mittelinfrarot-Ultrakurzimpulse zu erhalten, wurde das Spektrum mittels SESS (Sequencing Energy Sequencing System) mit 1,55 µm hochenergetischen Ultrakurzimpulsen auf 1,3-1,9 µm verbreitert und das Signallicht in Figur 7(a) in einem Differenzfrequenzerzeugungssystem ersetzt. Alle Komponenten des Differenzfrequenzsystems sind identisch mit denen in Fig. 7a). Die Einstellung der Eingangsimpulsenergie des SESS ermöglicht eine Abstimmung des Signalspektrums von 1,3 µm auf 1,9 µm und eine laterale Verschiebung des PPLN-Kristalls (www.wisoptic.com) ermöglicht eine Anpassung der Polarisationsperiode an die Wellenlänge des Pump- und Signallichts. Fig. 11 zeigt das Spektrum und die Leistung entsprechend einer Pumpleistung von 15 W. Die höchste Leistung liegt bei einer Leerlaufwellenlänge von 3,28 µm (entsprechend einer Signalwellenlänge von 1,5 µm), die mittlere Ausgangsleistung beträgt 1,87 W und die Einzelpulsenergie beträgt 56 nJ. Mit zunehmender Wellenlänge des Leerlaufs nimmt seine durchschnittliche Ausgangsleistung ab und beträgt bei einer Mittenwellenlänge von 4,8 µm 1,02 W. Deutliche Kohlendioxid- und Wasserabsorptionspeaks wurden in den Spektren bei den Wellenlängen 4,2 und 2,7 µm beobachtet. Die Spektralpeaks bei 2,7 µm und 2,25 µm sind das Ergebnis der Differenzfrequenzerzeugung des Pumplichts und des Signallichts bei 1,65 µm bzw. 1,9 µm. Aufgrund des Fehlens eines Bandpaßfilters zur Trennung dieser beiden Signallampenkomponenten werden die Leerlauffrequenzen beider Bänder gleichzeitig an den Leistungsmesser ausgegeben. Die Anpassung der Polarisationsperiode des PPLN (www.wisoptic.com), um eine Quasi-Phasenanpassung eines Bandes zu erreichen, kann die Erzeugungseffizienz einer anderen spektralen Komponente unterdrücken, aber die Wirkung ist begrenzt. Die endgültige Ausgangsleistung beträgt 1,1 W inklusive der Gesamtleistung der beiden Spektralspitzen. Die Pumplichtpulsleistung wurde auf 30 W erhöht und die Frequenzdifferenz zu den Signalimpulsen mit Mittenwellenlängen von 1,35 µm, 1,4 µm, 1,45 µm, 1,55 µm und 1,6 µm verwendet, um Leerlicht mit Wellenlängen von 4,2 µm, 3,9 µm, 3,58 µm, 3,06 µm und 2,9 µm mit Leistungen von 1,98 W, 2,48 W, 2,73 W, 2,58 W und 3,02 W zu erhalten. Wenn die Signalwellenlänge auf 1,3 µm abgestimmt ist, erzeugt das SESS eine breitere spektrale Nebenkeulenbandbreite. Die Frequenzbandbreite, die einer kürzeren Mittenwellenlänge von 1,3 µm entspricht, ist mit dem gleichen 50nm-Bandpaßfilter noch breiter, was zu einer schmaleren Pulsbreite führt. Nach der Verstärkung durch den DFG-Prozess ist die Spitzenleistung höher, was zu einer Selbstfokussierung der Impulse im Kristall führt und letztendlich den Kristall beschädigt. Abbildung 11. Ausgangsspektrum und Leistung eines 2,5 µm Hochleistungs-Abstimmbaren Kurzwellen-Mittelinfrarot-Lasers Abbildung 11. Ausgangsspektrum und Leistung einer abstimmbaren Kurzwellen-Mittelinfrarot-Laserquelle mit hoher Leistung von 2-5 µm.

3. Differenzfrequenzerzeugung von ultraschnellen Hochleistungs-Mittelinfrarot-Lichtquellen 3.2 Differenzfrequenzerzeugung zur Erzeugung von 3 μm Hochleistungs-Mittelinfrarot-Ultrakurzimpulsen Die Zeitverzögerungsleitung wurde so eingestellt, dass der Pumppuls und der Signalpuls zeitlich synchronisiert wurden, und die Änderungen der Mittelinfrarot-Ausgangsleistung mit der Pumpleistung bzw. der Signalleistung wurden gemessen. Das Ergebnis ist in Fig. 9 dargestellt. Abbildung 9. Im Experiment ändert sich die Leerlauflichtenergie mit der Pumplicht- und Signallichtenergie nach der Optimierungsverzögerung Während der Messung wurde die Verzögerungsleitung optimiert, um eine maximale Ausgangsleistung im mittleren Infrarot zu gewährleisten. In Fig. 9a wächst die Leerlaufenergie bei einer Signalenergie von 0,3 nJ (schwarzes Quadrat) zunächst exponentiell mit der Pumpenergie und erreicht die Sättigung, nachdem die Pumpenergie 600 nJ überschritten hat. Dieser Trend stimmt mit dem Trend in Fig. 3(a) überein, bei dem die Signalenergie 0,1 nJ und die Pumpenenergie zwischen 100 und 3,5 µJ variiert. Mit zunehmender Signalenergie auf 9 nJ (grünes Dreieck) wird die nichtlineare Wechselwirkung signifikant verstärkt und die zur Erreichung der Sättigung erforderliche Pumpenergie sinkt auf 240 nJ. Wenn die Signalenergie 120 nJ beträgt (schwarzer sechszackiger Stern), tritt die Leerlaufenergie in den Sättigungsbereich ein, nachdem die Pumpenenergie 120 nJ überschritten hat, was mit der Kurve übereinstimmt, die der Signalimpulsenergie von 100 nJ in Abbildung 3(a) entspricht. Durch die Zeitverzögerungsoptimierung konvergiert die Leerlaufenergiekurve geordnet auf ihr Maximum, entsprechend dem Trend der Kurve in Fig. 3a. Aus der Leerrollenenergiekurve arbeitet das DFG bei einer Pumpenenergie von 900 nJ und einer Signalenergie von 120 nJ im Sättigungsbereich, was mit der entsprechenden Energie in Fig. 3a übereinstimmt. Abbildung 9(b) zeigt die Kurve der Leerlaufenergie gegen Signalenergie für verschiedene Pumpenergien (60-900 nJ). Im Vergleich zum Wachstumsverlauf der Kurve in Fig. 3b ist die Impulsenergie, die dem Parameter in Fig. 9 entspricht, höher, wodurch keine Bereiche entstehen, in denen die Leerlaufenergie linear mit der Signalenergie ansteigt. Bei allen Pumpenenergien verlangsamt sich die Leerrollenwachstumsrate allmählich. Bei einer Pumpenergie von nur 60 nJ (schwarzes Quadrat) wurde keine nennenswerte Sättigung beobachtet. Bei einer Pumpenenergie von 540 nJ (grünes Dreieck) beträgt die Signalenergie, die benötigt wird, um den Sättigungsbereich zu erreichen, 45 nJ. Bei einer Pumpenenergie von 900 nJ beträgt die Signalenergie, die zum Erreichen des Sättigungsbereichs benötigt wird, 9 nJ, was dem Simulationsmuster in Fig. 3b entspricht. Wenn die Pumplichtenergie 900 nJ und die Signallichtenergie 120 nJ beträgt, beträgt die ausgegebene mittlere Infrarot-Leerlauflichtenergie 92 nJ, die Wiederholfrequenz 33,3 MHz und die entsprechende durchschnittliche Leistung 3,06 W. Das Leerlaufspektrum ist in Fig. 10 dargestellt. Das Spektrum hat eine Mittenwellenlänge von 3,06 µm und eine Halbmaximalvollbreite von ca. 70 nm. Die rot gestrichelte Linie ist das mittelinfrarote Spektrum, das unter Verwendung der Ausgangsparameter des Dual-Wellenlängen-Lasers berechnet wurde. Die spektralen Breiten von Experimenten und Simulationen sind nahezu identisch, wobei die mittleren Wellenlängen aufgrund der leicht unterschiedlichen effektiven Polarisationsperioden von PPLN (www.wisoptic.com) Kristallen in Experimenten und Simulationen leicht verschoben werden. Abbildung 10. Endausgabe des mittleren IR-Spektrums