Средний

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 16576 (2022 г.) Цитировать эту статью

998 Доступов

1 Цитаты

Подробности о метриках

Перестраиваемые источники когерентного света среднего инфракрасного диапазона используются в различных лазерных приложениях, таких как обнаружение газовых примесей, лазерная обработка и биомедицинская диагностика. Это исследование демонстрирует генерацию среднего инфракрасного диапазона в спектральном диапазоне 8,3–11 мкм (т. е. 900–1200 см-1) путем настройки внутрирезонаторной генерации разностной частоты (DFG) с использованием ZnGeP2 (ZGP) в Cr:ZnSe-лазере с электронной настройкой. Широкая перестройка достигается при максимальной энергии импульса, превышающей 100 мкДж, за счет сочетания электронной настройки длины волны с небольшой регулировкой угла (Δθ <0,5 °) ZGP в условиях спектрального некритического синхронизма нелинейного материала. Предлагаемый метод DFG обобщен, чтобы обеспечить доступ к значительной части области молекулярного отпечатка пальца за счет использования селенидных соединений (например, AgGaSe2, CdSe) в дополнение к ZGP, что раскрывает замечательный потенциал сверхширокополосного электронного сканирования в среднем инфракрасном диапазоне для многочисленных спектроскопических приложений.

Средняя инфракрасная (ИК) область имеет две отдельные области (3–5 и 8–13 мкм), которые известны как окна прозрачности в атмосфере Земли и на которые трудно повлиять влияние поглощения водяного пара1. Область молекулярных отпечатков в диапазоне 6,6–20 мкм (т.е. 500–1500 см–1) содержит интенсивные и характерные спектральные структуры молекул2. Таким образом, перестраиваемые лазерные источники в спектральной области 8–13 мкм, где перекрываются как атмосферное окно Земли, так и область с отпечатками пальцев, обеспечивают значительные преимущества для приложений дистанционного зондирования и обнаружения газовых примесей различных молекул газа3,4,5,6. Среди таких источников когерентного света наносекундные импульсные лазеры среднего ИК-диапазона с высокой яркостью на длину волны и высокой управляемостью длины волны обеспечивают высокую чувствительность и высокое соотношение сигнал/шум для обнаружения газовых примесей в спектроскопии резонатора (CRDS) и фотоакустической спектроскопии ( ПАС). В сочетании с методами микроскопии и визуализации источники света также позволяют проводить биосенсорство клеток и тканей без меток7,8,9.

Для реализации перестраиваемых наносекундных импульсных лазерных источников в диапазоне 8–13 мкм схемы нелинейного преобразования частоты, включая генерацию разностной частоты (DFG) и оптические параметрические генераторы (OPO), обеспечивают значительные преимущества для непрерывной и широкой перестройки в среднем ИК-диапазоне. Поскольку оксидные кристаллы (например, KTiOPO4, KTiOAsO4 и LiNbO3) обладают сильным многофононным поглощением за пределами 5 мкм10, для нелинейных процессы, накачиваемые лазерами с длиной волны 1–2 мкм11.

Что касается систем OPO, Miyamoto et al. получили перестраиваемость в среднем ИК диапазоне 5–10 мкм и энергию импульса менее миллиджоуля на длине волны 7,7 мкм путем накачки ZGP с холостым выходом гальваноуправляемого двухкристаллического KTP OPO12. Бойко и др. добились гораздо более широких возможностей настройки в диапазоне 5,8–18 мкм с максимальной энергией импульса 171 мкДж на длине волны 11,5 мкм за счет настройки AGSe OPO, накачиваемого выходом Rb:PPKTP OPO на длине волны 1,85 мкм13. Ян и др. Недавно сообщалось о CdSe OPO среднего ИК-диапазона, работающем в диапазоне 10–11 мкм, с использованием задающего генератора Ho:YAG и системы усилителя мощности в качестве источника накачки, дающего энергию холостого импульса ~ 1 мДж14. Что касается систем DFG, Haidar et al. продемонстрировали возможность настройки холостого хода в диапазоне 5–12 мкм с максимальной энергией импульса 25 мкДж на длине волны ~ 8 мкм путем смешивания сигнального и холостого выходов KTP OPO с Nd:YAG-лазерной накачкой в ​​ZGP15. Меннерат установил работу с гораздо более высокой энергией (до 10 мДж) в диапазоне 5,8–24 мкм путем смешивания сигнального и холостого выходов OPO LiNbO3 с лазерной накачкой Nd:YAG в CdSe, GaSe и Tl3AsSe316. Однако все эти системы требуют настройки угла нелинейного кристалла и/или настройки длины входной волны путем вращения дифракционной решетки, призмы и т. д. для получения настраиваемых выходных сигналов холостого хода, что приводит к низкой скорости сканирования. Возможна и температурная перестройка нелинейного кристалла (см., например, 17), но с еще меньшей скоростью сканирования.