Sources ultrarapides infrarouges moyennes de haute puissance à 2-5 μm basées sur une source à double longueur d'onde - Partie 10

4.Conclusion

Pour obtenir des impulsions ultracourtes infrarouges moyennes à courte longueur d'onde accordables de haute puissance, cet article utilise un laser à fibre dopée à l'erbium (EDF-LAD) et emploie des méthodes d'amplification et de compression non linéaires.

Une partie de l'énergie est élargie à 1,03 μm via une fibre hautement non linéaire, servant de lumière d'amorçage pourETL'impulsion résiduelle sert d'amorce pour un amplificateur de phase chromatique (CPA) dopé à l'ytterbium. Les CPA dopés à l'erbium et à l'ytterbium amplifient respectivement les énergies des impulsions à 1,55 μm et 1,03 μm à 140 nJ et 0,95 μJ, avec des durées d'impulsion de 290 fs et 260 fs. Couplée à l'impulsion haute énergie à 1,55 μm dans une fibre à dispersion décalée de 8,5 cm de long, cette impulsion génère un lobe secondaire spectral accordable de 1300 à 1900 nm et d'une puissance moyenne de 50 à 400 mW, fournissant ainsi une impulsion de signal haute énergie pour la génération spectrale à dispersion décalée (DFG).

En s'appuyant sur la méthode de Fourier distribuée pour résoudre l'équation de mélange à trois ondes, l'influence des énergies des impulsions de pompe et de signal sur l'énergie de l'impulsion complémentaire lors du processus de génération de fréquence différentielle (DFG) a été étudiée. La variation de l'énergie de l'impulsion complémentaire en fonction de l'énergie de pompe peut être divisée en régions linéaire, exponentielle et de saturation. Il a été proposé d'optimiser l'énergie de l'impulsion complémentaire en sortie en ajustant le délai entre les impulsions incidentes.

Dans cette expérience, basée sur une source lumineuse accordable à double longueur d'onde de forte puissance, une source de lumière ultrarapide infrarouge moyen, avec une longueur d'onde centrale de 3,06 μm, une puissance moyenne de 3,06 W et une énergie d'impulsion de 90 nJ, a été obtenue à l'aide d'un cristal PPLN de 3 mm. (www.wisoptic.com)La longueur d'onde centrale de cette source de lumière infrarouge moyenne est réglable entre 2 et 5 μm, et sa puissance moyenne est > 1 W, représentant la puissance moyenne la plus élevée obtenue dans cette gamme de longueurs d'onde.

Dans cette expérience, les trajets optiques de la pompe et du signal étaient relativement longs et comportaient tous deux des étages d'amplification de forte puissance et des modules de couplage de fibres. Ces facteurs ont collectivement engendré une faible stabilité de la puissance de sortie finale. Le facteur le plus critique réside dans le fait que, lors de la propagation des impulsions de pompe et de signal dans leurs trajets optiques respectifs, la variation d'indice de réfraction due aux variations de température de la fibre modifie la différence de chemin optique entre les deux impulsions, affectant ainsi leur synchronisation temporelle et, en définitive, l'efficacité de la différence de fréquence.

Un système de verrouillage sera ajouté lors des expériences suivantes afin de stabiliser la puissance de sortie. En raison de l'absence d'un dispositif de mesure de la largeur de faisceau et d'impulsion dans la bande infrarouge moyen, seules la qualité du faisceau et des impulsions du laser proche infrarouge ont été mesurées lors de cette expérience. La circularité des faisceaux de pompe et de signal focalisés était supérieure à 95 %.

Étant donné que cette expérience utilise la génération de fréquences de différence colinéaires pour produire un laser ultrarapide infrarouge moyen, la qualité du faisceau du laser infrarouge moyen est fortement influencée par la qualité du faisceau proche infrarouge ; par conséquent, il est raisonnable de croire que le laser infrarouge moyen possède également une qualité de faisceau élevée.

De plus, à partir des paramètres des impulsions de pompe et de signal utilisées lors de l'expérience, nous avons simulé le processus de génération de fréquence différence et calculé la largeur d'impulsion femtoseconde dans l'infrarouge moyen, qui s'élève à environ 200 fs, proche de la largeur d'impulsion limite de transformée correspondant au spectre de sortie. Cette source femtoseconde infrarouge moyen, à haute énergie et haute puissance, présente une large gamme d'accordabilité spectrale et une puissance de crête élevée. Elle devrait trouver des applications dans des domaines de recherche tels que la détection de molécules de gaz, le diagnostic de combustion et la génération d'harmoniques d'ordre élevé.