Optyczny wzmacniacz parametryczny
Optyczny wzmacniacz parametryczny , w skrócie OPA , jest laserowym źródłem światła, które emituje światło o różnych długościach fal w procesie optycznego wzmacniania parametrycznego . Zasadniczo jest to to samo, co optyczny oscylator parametryczny , ale bez wnęki optycznej (tj. wiązki światła przechodzą przez urządzenie tylko raz lub dwa razy, a nie wiele razy).
Optyczna generacja parametryczna (OPG)
Optyczna generacja parametryczna (OPG) (zwana także „optyczną fluorescencją parametryczną” lub „ spontaniczną parametryczną konwersją w dół ”) często poprzedza optyczną amplifikację parametryczną.
W optycznej generacji parametrycznej wejściem jest jedna wiązka światła o częstotliwości ω p , a wyjściem są dwie wiązki światła o niższych częstotliwościach ω s i ω i , przy założeniu ω p = ω s + ω i . Te dwie wiązki o niższej częstotliwości nazywane są odpowiednio „sygnałem” i „biegiem jałowym”.
Ta emisja światła oparta jest na nieliniowej zasadzie optycznej . Foton padającego impulsu laserowego (pompy) jest dzielony przez nieliniowy kryształ optyczny na dwa fotony o niższej energii . Długości fal sygnału i koła pasowego są określane przez warunek dopasowania fazowego, który jest zmieniany, np. przez temperaturę lub, w optyce masowej, przez kąt między padającym promieniem lasera pompującego a osiami optycznymi kryształu. Dlatego długości fal sygnału i fotonów jałowych można dostroić, zmieniając dopasowania fazowego .
Optyczne wzmocnienie parametryczne (OPA)
.svg)
Wiązki wyjściowe w optycznym generowaniu parametrycznym są zwykle stosunkowo słabe i mają stosunkowo rozłożony kierunek i częstotliwość. Problem ten został rozwiązany poprzez zastosowanie optycznego wzmocnienia parametrycznego (OPA), zwanego również różnicowym generowaniem częstotliwości , jako drugiego stopnia po OPG.
W OPA wejściem są dwie wiązki światła o częstotliwości ω p i ω s . OPA osłabi wiązkę pompy (ω p ) i wzmocni wiązkę sygnału ( ω s ), a także utworzy nową, tzw. wiązkę jałową o częstotliwości ω i przy ω p = ω s + ω i .
W OPA fotony pompy i koła pasowego zwykle przemieszczają się współliniowo przez nieliniowy kryształ optyczny. Dopasowanie faz jest wymagane, aby proces działał dobrze.
Ponieważ długości fal systemu OPG + OPA mogą się zmieniać (w przeciwieństwie do większości laserów, które mają stałą długość fali), są one wykorzystywane w wielu metodach spektroskopowych .
Jako przykład OPA, padający impuls pompy to 800 nm (12500 cm -1 ) wyjście lasera Ti: szafir , a dwa wyjścia, sygnał i koło pasowe, znajdują się w obszarze bliskiej podczerwieni, suma liczby falowej z czego jest równe 12500 cm -1 .
Niewspółliniowy OPA (NOPA)
Ponieważ większość nieliniowych kryształów jest dwójłomna , wiązki, które są współliniowe wewnątrz kryształu, mogą nie być współliniowe na zewnątrz. Czoła fazowe ( wektor falowy ) nie są skierowane w tym samym kierunku co przepływ energii ( wektor Poyntinga ) z powodu odchodzenia.
Kąt dopasowania fazowego umożliwia dowolne wzmocnienie (rzędu 0). W konfiguracji współliniowej swoboda wyboru środkowej długości fali pozwala na stałe wzmocnienie długości fali aż do pierwszego rzędu. Niewspółliniowe OPA zostały opracowane, aby mieć dodatkowy stopień swobody, umożliwiając stałe wzmocnienie do drugiego rzędu długości fali. Optymalne parametry to 4 stopnie niewspółliniowości, β-boran baru (BBO) jako materiał, długość fali pompy 400 nm i sygnał około 800 nm (i może być przestrajalny w zakresie 605-750 nm z szerokością impulsu poniżej 10 fs, co pozwala badać ultraszybką dynamikę dużych cząsteczek) Generuje to szerokość pasma 3 razy większa niż we wzmacniaczu Ti-Sapphire . Pierwszy rząd jest matematycznie równoważny niektórym właściwościom prędkości grupowych, ale nie oznacza to, że pompa i sygnał mają tę samą prędkość grupową. Po propagacji przez 1 mm BBO krótki impuls pompujący nie nakłada się już na sygnał. Dlatego ćwierkające wzmocnienie impulsu musi być stosowany w sytuacjach wymagających wzmocnienia o dużym wzmocnieniu w długich kryształach. Długie kryształy wprowadzają tak duże ćwierkanie , że i tak potrzebny jest kompresor. Ekstremalne ćwierkanie może wydłużyć impuls nasion 20-fs do 50 ps, dzięki czemu nadaje się do użycia jako pompa. Niećwierkane impulsy o mocy 50 ps i wysokiej energii mogą być generowane przez lasery oparte na pierwiastkach ziem rzadkich.
Optyczny wzmacniacz parametryczny ma szersze pasmo niż wzmacniacz -, który z kolei ma szersze pasmo niż optyczny oscylator parametryczny ze względu na generowanie światła białego o szerokości nawet jednej oktawy (na przykład przy użyciu nieliniowej modulacji własnej fazy w gazie neonowym). Dlatego można wybrać podpasmo i nadal można generować dość krótkie impulsy.
Większy zysk na mm dla BBO w porównaniu z Ti: Sa i, co ważniejsze, niższa wzmocniona emisja spontaniczna pozwala na wyższy ogólny zysk. Przeplatanie sprężarek i OPA prowadzi do przechylonych impulsów.
Wieloprzebiegowy OPA
Multipass może być używany do odchodzenia i prędkości grupowej ( dyspersja ) odszkodowanie; stała intensywność wraz ze wzrostem mocy sygnału oznacza posiadanie wykładniczo rosnącego przekroju poprzecznego. Można to zrobić za pomocą soczewek, które również ponownie skupiają wiązki, aby uzyskać talię wiązki w krysztale; redukcja OPG poprzez zwiększenie mocy pompy proporcjonalnie do sygnału i podział pompy na przebiegi sygnału; wzmocnienie szerokopasmowe poprzez zrzucenie koła pasowego i opcjonalnie indywidualne rozstrojenie kryształów; całkowite wyczerpanie pompy poprzez przesunięcie pompy i sygnału w czasie i przestrzeni przy każdym przejściu oraz podawanie jednego impulsu pompy przez wszystkie przejścia; wysoki zysk z BBO, ponieważ BBO jest dostępne tylko w małych rozmiarach. Ponieważ kierunek wiązek jest stały, nie można nakładać wielu przejść w jednym małym krysztale, jak we wzmacniaczu Ti:Sa. Chyba że użyje się geometrii nieliniowej i dostosuje wzmocnione wiązki do parametrycznego stożka fluorescencji wytwarzanego przez impuls pompy.
Związek ze wzmacniaczami parametrycznymi w elektronice
Pomysł wzmocnienia parametrycznego pojawił się po raz pierwszy przy znacznie niższych częstotliwościach: obwodach prądu przemiennego, w tym częstotliwości radiowej i mikrofalowej (w najwcześniejszych badaniach badano również fale dźwiękowe). W tych zastosowaniach zazwyczaj silny sygnał pompy (lub „lokalny oscylator”) o częstotliwości f przechodzi przez element obwodu, którego parametry są modulowane przez słabą falę „sygnału” o częstotliwości f s (na przykład sygnał może modulować pojemność dioda waraktorowa ). W rezultacie część energii lokalnego oscylatora zostaje przeniesiona na częstotliwość sygnału f s , a także różnica („bieg jałowy”) częstotliwość f - f s . Termin parametryczny jest używany, ponieważ parametry obwodu są zróżnicowane.
Obudowa optyczna wykorzystuje tę samą podstawową zasadę – przenoszenie energii z fali o częstotliwości pompy do fal o częstotliwościach sygnału i jałowych – więc przyjęła tę samą nazwę.
Zobacz też
Przypisy i odniesienia
- ^ a b c Jarota, Arkadiusz; Pastorczak, Ewa; Tawfik, Walid; Xue, Bing; Kania, Rafał; Abramczyk, Halina; Kobayashi, Takayoshi (2019). „Badanie ultraszybkiej dynamiki pochodnej diaryloetenu przy użyciu impulsów laserowych poniżej 10 fs” . Chemia fizyczna Fizyka chemiczna . 21 (1): 192–204. doi : 10.1039/C8CP05882B . ISSN 1463-9076 . PMID 30516769 . S2CID 54561976 .
- ^ Tawfik, Walid (sierpień 2016). „Osiągające źródło promieniowania światła białego ultraszybkich impulsów laserowych z przestrajalną mocą szczytową przy użyciu nieliniowej modulacji własnej fazy w gazie neonowym” . Fizyka i chemia promieniowania . 125 : 165–170. doi : 10.1016/j.radphyschem.2016.04.006 .
- ^ http://link.aip.org/link/?APPLAB/86/211120/1 Wieloprzebiegowy wzmacniacz impulsowy typu łukowego
- ^ a b Das, Annapurna; Das, Sisir K. (18 lutego 2019). Inżynieria mikrofalowa . Edukacja Taty McGraw-Hill. ISBN 9780074635773 - za pośrednictwem Książek Google.
1. Boichenko, VL; Zasawicki, II; Kosichkin, Yu.V.; Tarasewicz, AP; Tunkin, VG; Shotov, AP (1984). „Pikosekundowy optyczny oscylator parametryczny ze wzmocnieniem przestrajalnego półprzewodnikowego promieniowania laserowego”. sow. J. Quant. Elektronika 11 (1): 141–143. 2. Magnicki, SA; Malakhova, VI; Tarasewicz, AP; Tunkin, VG; Jakubowicz SD (1986). „Generowanie przestrajalnych impulsów pikosekundowych o ograniczonej szerokości pasma przez optyczny oscylator parametryczny z blokadą wtrysku”. Listy optyki 11 (1): 18–20.