Sources ultrarapides infrarouges moyennes haute puissance (2 à 5 μm) basées sur une source à double longueur d'onde - Partie 7

3 Génération de différence de fréquence de sources lumineuses ultra-rapides à haute puissance dans l'infrarouge moyen

3.2 Génération de différence de fréquence pour produire des impulsions ultracourtes infrarouges moyennes de haute puissance à 3mm

Nous avons construit un système de génération de différence de fréquence (DFG) basé sur un laser à fibre ultrarapide haute puissance à double longueur d'onde, comme illustré à la figure 7(a). L'impulsion de pompage a une longueur d'onde centrale de 1,03 μm, une énergie de 0,95 μJ et une largeur d'impulsion de 260 fs ; l'impulsion de signal a une longueur d'onde centrale de 1,55 μm, une énergie de 136 nJ et une largeur d'impulsion de 290 fs. Après ajustement du retard temporel de l'impulsion de pompage par rapport à l'impulsion de signal à l'aide d'une ligne à retard, les deux faisceaux sont combinés par un miroir dichroïque passe-bas (DM), puis focalisés dans un cristal PPLN.(www.wisoptic.com)Utilisant une lentille plan-convexe de 250 mm de focale, le cristal PPLN présente une structure en éventail avec une période de polarisation réglable en continu entre 21 et 34 μm, et des dimensions de 15 × 1 × 3 mm³. Ses deux surfaces sont traitées antireflet pour les longueurs d'onde de 1,04 à 1,09 μm, 1,3 à 1,7 μm et 2,7 à 5,2 μm afin d'éviter la réflexion de Fresnel. Un four à température contrôlée chauffe le cristal à 80 °C pour prévenir les dommages photoréfractifs. Après la génération différentielle des impulsions de pompage et de signal dans le cristal PPLN de 3 mm, l'impulsion infrarouge moyenne résultante, ainsi que la lumière de retour, sont collimatées par la lentille plan-convexe, puis réfléchies par un filtre passe-haut (LPF). Le faisceau laser transmis est le résultat final du laser à impulsions ultrarapides dans l'infrarouge moyen.

Fig.7. Le laser infrarouge moyen haute puissance de 3 μm basé sur DFG. (a) Dessins de modèles expérimentaux

installations; (b) Lorsque le point focal est derrière la surface avant du cristal; (c) Lorsque le point focal

le point est situé avant la surface avant du cristal

Lors du procédé DFG, la taille du spot laser dans le cristal détermine directement l'intensité de l'interaction non linéaire. Pour maximiser cette intensité sans endommager le cristal, la taille du spot laser doit être maintenue au-dessus d'un seuil critique. Lors de l'expérience, le diamètre du spot laser à la surface avant du cristal a été initialement fixé à 200 μm. Après collimation par une lentille à la sortie, la forme du spot a été enregistrée à l'aide d'une caméra CCD. Les motifs de spot obtenus sous différentes puissances de pompage sont présentés à la figure 8.

Fig.8. Diagramme de spot lumineux en champ lointain à différentes puissances de pompage.

Lorsque l'énergie de l'impulsion de pompage est passée de 30 nJ à 300 nJ, la forme du spot du faisceau est restée pratiquement inchangée. Cependant, lorsque l'énergie de l'impulsion de pompage a atteint 450 nJ, la forme du spot du faisceau a légèrement changé, avec une divergence notable sur le bord extérieur. À 540 nJ, une autofocalisation s'est produite, provoquant une modification radicale de la forme du spot du faisceau ; une augmentation supplémentaire de l'énergie de pompage endommagerait le cristal PPLN. (www.wisoptic.com)En positionnant le cristal au foyer du faisceau et en assurant un spot de 200 µm de diamètre sur la surface avant du cristal (comme illustré dans la figure 7(c)), et après optimisation, l'autofocalisation pourrait être évitée même avec une énergie de pompage de 900 nJ et une énergie de signal de 120 nJ.