Sources ultrarapides infrarouges moyennes haute puissance de 2 à 5 μm basées sur une source à double longueur d'onde - Partie 3

UN Théorie et simulation de l'infrarouge moyen basées sur la génération de fréquences différentielles à partir de cristaux PPLN

Le processus d'impulsions ultracourtes générant l'infrarouge moyen dans le cristal PPLN (www.wisoptic.com) est décrit par l'équation de couplage à trois ondes :

UN_je(Avec,t)représente l'amplitude complexe de laje-ème impulsion,je= 1, 2 et 3 représentent respectivement le voyant de ralenti, le voyant de signal et le voyant de pompe du processus de fréquence différentielle.Avecest la distance le long de la direction de propagation optique dans le cristal PPLN.treprésente la coordonnée temporelle relative, donnée part= t-Avec/v_g,3,oùv_g,je =mo_je/M.k_jereprésente la vitesse de groupe duje-ième impulsion.b_UN,je est la dispersion de vitesse de groupe duje-ième impulsion.Oh_je etn₂représentent la fréquence angulaire et l'indice de réfraction duje-ème impulsion, respectivement.cest la vitesse de la lumière dans le vide.d_eff est le coefficient non linéaire effectif, qui est de -27,2 pm/V dans le PPLN.k =k₃ −k₂ −k₁, représente le décalage de phase. La relation entre ∆ket la période de polarisation PPLN Λ satisfait |∆k| =2p/L.

Lorsque la longueur d'onde de pompage est de 1,03 μm, la période de polarisation PPLN correspondante varie entre 30,6 μm et 22 μm tandis que la longueur d'onde de sortie idler varie de 2,1 μm à 6 μm (longueur d'onde du signal de 1,24 μm à 2,02 μm). Pour étudier l'interaction non linéaire entre la lumière de pompage et la lumière de signal dans le cristal PPLN, nous avons utilisé la méthode de Fourier à pas divisés pour résoudre les équations 1 à 3. La figure 2 représente l'énergie de sortie idler en fonction de l'énergie de pompage lorsque l'énergie du signal varie de 0,1 nJ à 500 nJ (figure 2(a)) et l'énergie de sortie idler en fonction de l'énergie du signal lorsque l'énergie de pompage varie de 0,1 nJ à 3,5 μJ (figure 2(b)). Les longueurs d'onde centrales de la lumière de pompage et de signal étaient respectivement de 1,03 μm et 1,55 μm, avec une largeur d'impulsion de 300 fs. L'énergie d'impulsion variait de 0,1 nJ à 3,5 μJ. Le cristal PPLN avait une épaisseur de 3 mm et une période de polarisation de 29,7 μm. Le diamètre du spot au centre du cristal était de 150 μm. Le délai initial était fixé à 165 fs, garantissant la coïncidence des pics des impulsions lumineuses de pompage et de signal au centre du cristal.

Fig.2. La courbe de simulation de l'énergie lumineuse au repos varie en fonction de l'énergie lumineuse de pompage et de l'énergie lumineuse du signal. 

Comme le montre la figure 2 (a), lorsque la puissance de la pompe est faible (<100NJ), le processus DFG fonctionne dans la région linéaire. Pour toutes les énergies d'impulsion du signal, la puissance de fine augmentation linéairement avec l'augmentation de la puissance de la pompe. À mesure que la puissance de la pompe augmente (100NJ-2000NJ), le processus DFG pénètre dans la région exponentielle, où la puissance folle augmente de façon exponentielle avec la puissance de la pompe. L'augmentation exponentielle devient plus prononcée avec la diminution de la puissance du signal. Lorsque l'énergie d'impulsion du signal est de 100 NJ, la puissance de fureur montre même une tendance décroissante car la puissance de la pompe varie de 700 NJ à 1000NJ. Lorsque la puissance de la pompe dépasse 2000 NJ, le processus DFG fonctionne dans la région de saturation. La puissance folle augmente plus lentement avec l'augmentation de la puissance de la pompe, et la puissance du signal a peu d'effet sur la puissance de la sortie de la sortie. Cependant, lorsque l'énergie de la lumière du signal passe de 0,1 NJ à 500 NJ, le seuil d'énergie d'impulsion de pompe pour le DFG pour entrer dans la région de saturation diminue de 2000 NJ à 700 NJ. Les résultats de la figure 2 (b) montrent que la courbe de l'énergie de la lumière issue de la sortie par rapport à l'énergie de la lumière du signal comprend une région linéaire et une région de saturation. Dans la région linéaire, la pompe et les énergies de lumière du signal sont faibles et l'interaction est faible. À mesure que l'énergie de la lumière du signal augmente, l'énergie de lumière de sortie de sortie atteint la saturation et l'oscillation se produit. L'augmentation de l'énergie de la lumière du signal peut entraîner une diminution de l'énergie de lumière de sortie de sortie, conforme aux résultats montrés par les étoiles hexagonales bleu clair et noires sur la figure 2 (a). De plus, similaire au motif de la figure 2 (a), lorsque l'énergie de lumière de la pompe passe de 0,1 NJ à 3,5 μJ, l'énergie de lumière de signal requise pour que le DFG pénètre dans la région de saturation diminue de 100 NJ à 0,1 NJ.