Sources ultrarapides infrarouges moyennes haute puissance de 2 à 5 μm basées sur une source à double longueur d'onde - Partie 2

1 Introduction

La technologie DFG utilise une source lumineuse proche infrarouge comme impulsion de pompage et convertit la longueur d'onde par des effets non linéaires pour générer des impulsions de signal. Dans le cristal non linéaire, l'impulsion de pompage et l'impulsion de signal convertissent l'énergie dans la bande de l'infrarouge moyen par un processus de mélange à trois ondes, ce qui permet d'obtenir une sortie laser ultrarapide dans l'infrarouge moyen avec une puissance de sortie élevée et une large plage de réglage. En 2020, Zhou et al. ont obtenu une source lumineuse ultrarapide à double longueur d'onde basée sur un laser à fibre dopée à l'erbium, élargissant le spectre du signal lumineux à 1,3-1,9.mm à travers une fibre optique hautement non linéaire, et produit un spectre infrarouge moyen avec une longueur d'onde réglable dans la plage de 2,3 à 5,4mm dans un cristal de niobate de lithium à polarisation périodique (PPLN). Le groupe de recherche a également conçu et fabriqué un cristal de PPLN à modulation de fréquence, dont la période de polarisation variait entre 32 et 23mm avec la direction de la transmission laser, et finalement produire un supercontinuum à large bande couvrant 2,5 à 5,5mm. Dans la détection des spectres d'absorption des gaz éthylène et monoxyde de carbone, le système a observé des lignes d'absorption claires. En 2023, Liu et al. ont utilisé la technologie DFG dans des cristaux de GaSe pour générer de la lumière infrarouge moyenne. La plage de longueurs d'onde d'impulsion infrarouge moyenne de sortie était de 7,7 à 17,3 µm, et la puissance moyenne maximale était de 58,3 mW. Cependant, la puissance de sortie moyenne de la source lumineuse obtenue dans le travail ci-dessus était inférieure à 1 W, ce qui limitait les scénarios d'application de la source lumineuse. En revanche, Catanese et al. ont utilisé une source lumineuse à double longueur d'onde de haute puissance basée sur un laser à fibre dopée à l'erbium pour obtenir un laser ultrarapide infrarouge moyen de 6,7 W dans un DFG composé de cristaux PPLN à deux étages. Ce travail a considérablement augmenté la puissance moyenne de sortie, mais la plage accordable de sa source lumineuse était relativement faible.

Cet article adopte la technologie DFG pour générer des lasers ultra-rapides dans l'infrarouge moyen avec une puissance de sortie élevée et une large plage de réglage. Le schéma expérimental est présenté à la figure 1. Le laser à fibre dopée à l'erbium avec une fréquence de répétition de 33,3 MHz est divisé en deux voies : l'une étend le spectre à 1,03 µm via une fibre hautement non linéaire et utilise la technologie d'amplification d'impulsions à dérive de fréquence (CPA) sur fibre dopée à l'ytterbium pour augmenter la puissance à 30 W comme lumière de pompage pour le processus de différence de fréquence ; l'autre voie entre dans le système CPA sur fibre dopée à l'erbium, augmente la puissance à 4,6 W et utilise la technologie de sélection de spectre basée sur l'automodulation de phase (SPM-Enabled Spectral Selection, SESS) pour générer des lobes secondaires spectraux avec des longueurs d'onde réglables de 1,3 µm à 1,9 µm comme lumière de signal pour le processus de différence de fréquence. La lumière de pompage et la lumière de signal subissent une action de fréquence différente dans le cristal PPLN, obtenant ainsi une source de lumière ultra-rapide infrarouge moyenne de haute puissance.

Fig.1. Schéma DFG basé sur une source lumineuse femtoseconde à double longueur d'onde de haute puissance