3 Generación de diferencia de frecuencia de fuentes de luz ultrarrápidas de infrarrojo medio de alta potencia 3.3 La frecuencia diferencial genera pulsos ultracortos de infrarrojo medio sintonizables de alta potencia de 2-5μm Para obtener pulsos ultracortos de infrarrojo medio sintonizables de alta potencia de 2-5 μm, el espectro se ensanchó a 1,3-1,9 μm mediante SESS (Sistema de secuenciación de energía de secuencia) usando pulsos ultracortos de alta energía de 1,55 μm y se reemplazó la luz de señal en la Figura 7(a) en un sistema de generación de frecuencia diferencial. Todos los componentes del sistema de frecuencia diferencial son idénticos a los de la figura 7(a). El ajuste de la energía del pulso de entrada del SESS permite que el espectro de la señal se sintonice de 1,3 μm a 1,9 μm, y el desplazamiento lateral del cristal PPLN (www.wisoptic.com) hace que el período de polarización coincida con las longitudes de onda de la luz de bomba y la luz de señal. La Figura 11 muestra el espectro y la potencia correspondientes a una potencia de bombeo de 15 W. La potencia más alta se encuentra en una longitud de onda inactiva de 3,28 μm (correspondiente a una longitud de onda de señal de 1,5 μm), la potencia de salida promedio es de 1,87 W y la energía de un solo pulso es de 56 nJ. A medida que aumenta la longitud de onda de la rueda loca, su potencia de salida promedio disminuye, y a una longitud de onda central de 4,8 μm, la potencia promedio es de 1,02 W. Se observaron picos distintos de absorción de dióxido de carbono y agua en los espectros a longitudes de onda de 4,2 μm y 2,7 μm. Los picos espectrales a 2,7 μm y 2,25 μm son el resultado de la generación de frecuencia diferencial de la luz de bomba y la luz de señal a 1,65 μm y 1,9 μm, respectivamente. Debido a la falta de un filtro de paso de banda para separar estas dos componentes de la lámpara de señalización, las frecuencias inactivas de ambas bandas se envían simultáneamente al medidor de potencia. El ajuste del período de polarización de PPLN (www.wisoptic.com) para lograr la coincidencia de cuasi fase de una banda puede suprimir la eficiencia de generación de otro componente espectral, pero el efecto es limitado. La potencia de salida final fue de 1,1 W, incluyendo la potencia total de los dos picos espectrales. La potencia del pulso de luz de bombeo se incrementó a 30 W y se usó una diferencia de frecuencia con los pulsos de señal con longitudes de onda centrales de 1,35 μm, 1,4 μm, 1,45 μm, 1,55 μm y 1,6 μm para obtener luz inactiva con longitudes de onda de 4,2 μm, 3,9 μm, 3,58 μm, 3,06 μm y 2,9 μm, respectivamente, con potencias de 1,98 W, 2,48 W, 2,73 W, 2,58 W y 3,02 W. Cuando la longitud de onda de la señal está sintonizada a 1,3 μm, el SESS produce un ancho de banda de lóbulo lateral espectral más amplio. Usando el mismo filtro de paso de banda de 50 nm, el ancho de banda de frecuencia correspondiente a una longitud de onda central más corta de 1,3 um es aún más ancho, dando como resultado anchuras de pulso más estrechas. Después de la amplificación por el proceso DFG, la potencia máxima es mayor, lo que hace que los pulsos se autoenfoquen en el cristal y finalmente dañen el cristal. Figura 11. Espectro de salida y potencia del láser de infrarrojo medio de onda corta sintonizable de alta potencia de 2,5 μm Figura 11. Espectro de salida y potencia de una fuente láser de infrarrojo medio de onda corta sintonizable de alta potencia de 2-5 μm.

3 Generación de diferencia de frecuencia de fuentes de luz ultrarrápidas de infrarrojo medio de alta potencia 3.2 Generación de frecuencia diferencial para generar pulsos ultracortos de infrarrojo medio de alta potencia de 3 μm La línea de retardo de tiempo se ajusta para sincronizar el pulso de bomba y el pulso de señal en el tiempo, y se mide la potencia de salida de infrarrojo medio con la potencia de bomba y la potencia de señal, respectivamente. Los resultados se muestran en la Figura 9. Figura 9. En el experimento, el cambio de la energía de la luz inactiva con la energía de la luz de la bomba y la energía de la luz de la señal después del retardo optimizado Durante la medición, la línea de retardo se optimiza para garantizar la máxima potencia de salida de infrarrojos medios. En la figura 9(a), cuando la energía de señal es de 0,3 nJ (cuadrado negro), la energía de inactividad crece inicialmente exponencialmente con la energía de la bomba, alcanzando la saturación después de que la energía de la bomba exceda los 600 nJ. Esta tendencia es consistente con la de la Figura 3(a), en la que la energía de señal es de 0,1 nJ y la energía de bombeo varía entre 100 y 3,5 μJ. A medida que la energía de la señal aumenta hasta 9 nJ (triángulo verde), la interacción no lineal aumenta significativamente y la energía de bombeo necesaria para alcanzar la saturación disminuye a 240 nJ. Cuando la energía de señal es de 120 nJ (estrella negra de seis puntas), la energía de inactividad entra en la región de saturación después de que la energía de bombeo exceda los 120 nJ, lo que es consistente con la curva correspondiente a la energía de pulso de señal de 100 nJ en la figura 3(a). Debido a la optimización del retardo de tiempo, la curva de energía de ralentí converge ordenadamente a su valor máximo, coherente con la tendencia de la curva de la Figura 3(a). A partir de la curva de energía de la rueda loca, cuando la energía de la bomba es de 900 nJ y la energía de la señal es de 120 nJ, el DFG funciona en la región de saturación, que es consistente con la energía correspondiente en la figura 3(a). La Figura 9 (b) muestra las curvas de energía de rueda loca frente a energía de señal para diferentes energías de bombeo (60-900 nJ). En comparación con el patrón de crecimiento de la curva de la figura 3(b), la energía del impulso correspondiente a los parámetros de la figura 9 es mayor, dando como resultado ninguna región en la que la energía de inactividad aumenta linealmente con la energía de la señal. A todas las energías de la bomba, la tasa de crecimiento de la rueda loca se ralentiza gradualmente. Cuando la energía de bombeo era de solo 60 nJ (cuadrado negro), no se observó saturación significativa. Cuando la energía de bombeo es de 540 nJ (triángulo verde), la energía de señal requerida para alcanzar la región de saturación es de 45 nJ. Cuando la energía de bombeo es de 900 nJ, la energía de señal requerida para alcanzar la región de saturación es de 9 nJ, coherente con el patrón de simulación en la figura 3(b). Cuando la energía luminosa de bomba es de 900 nJ y la energía luminosa de señal es de 120 nJ, la energía luminosa inactiva de infrarrojo medio de salida es de 92 nJ, la frecuencia de repetición es de 33,3 MHz y la potencia media correspondiente es de 3,06 W. El espectro de inactividad se muestra en la Figura 10. El espectro tiene una longitud de onda central de 3,06 μm y un ancho total a medio máximo de aproximadamente 70 nm. La línea roja de puntos es el espectro de infrarrojo medio calculado usando los parámetros de salida del láser de doble longitud de onda. Los anchos espectrales experimentales y simulados son casi idénticos, y la longitud de onda central se desplaza ligeramente debido a las ligeras diferencias en los períodos de polarización efectivos de los cristales PPLN (www.wisoptic.com) en los experimentos y simulaciones. Figura 10. Salida final del espectro de infrarrojo medio