[论文解读] Widely-tunable mid-IR frequency comb source based on difference frequency generation

Axel Ruehl, Alessio Gambetta+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 12, 2012

Advanced Fiber Laser Technologies被引用 4

一句话总结

该论文通过在GaSe晶体中利用差频生成技术，实现了一种可广泛调谐的中红外频率梳光源，波段覆盖3–10 μm，泵浦源为151 MHz的Yb:光纤频率梳，种子源为悬浮芯光纤中产生的拉曼移位孤子。该系统在4.7 μm波长处实现了高达1.5 mW的平均输出功率，为分子指纹光谱分析提供了广泛的光谱覆盖。

ABSTRACT

We report on a mid-infrared frequency comb source of unprecedented tunability covering the entire 3-10 μm molecular fingerprint region. The system is based on difference frequency generation in a GaSe crystal pumped by a 151 MHz Yb:fiber frequency comb. The process was seeded with Raman shifted solitons generated in a highly nonlinear suspended-core fiber with the same source. Average powers up to 1.5 mW were achieved at 4.7 μm wavelength.

研究动机与目标

• 开发一种在分子指纹区（3–10 μm）具有广泛光谱调谐能力的中红外频率梳光源。
• 实现适用于高光谱亮度和宽覆盖范围需求的实际中红外光谱分析应用。
• 通过结合频率梳技术与差频生成，克服现有中红外光源的局限性。
• 在保持广泛调谐范围和相干性的同时，实现在中红外波段的高平均输出功率。

提出的方法

• 151 MHz的Yb:光纤频率梳作为泵浦源，用于GaSe晶体中的差频生成。
• 在高非线性悬浮芯光纤中产生的拉曼移位孤子作为差频过程的种子源。
• 利用GaSe晶体在3–10 μm波段具有宽透光性和高非线性的特性，实现高效的中红外生成。
• 通过利用泵浦源和种子源的频率梳特性，生成相干的中红外频率梳。
• 优化GaSe晶体中的相位匹配条件，以实现目标光谱带内差频生成的高效性。
• 通过精确控制泵浦和种子光强以及光纤非线性度，实现功率扩展。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过差频生成技术在3–10 μm整个分子指纹区范围内生成中红外频率梳？
• RQ2 采用基于光纤的泵浦源时，该方法在中红外波段可实现的最大平均输出功率是多少？
• RQ3 使用拉曼移位孤子作为种子源如何提升频率梳的生成效率和光谱覆盖范围？
• RQ4 在使用GaSe进行差频生成时，功率和调谐范围的实际限制是什么？
• RQ5 是否能够实现紧凑、光纤集成的系统，生成广泛调谐、相干的中红外频率梳，适用于光谱分析？

主要发现

• 该系统实现了在3–10 μm整个光谱范围内连续可调谐的中红外频率梳。
• 在4.7 μm波长处实现了1.5 mW的峰值平均输出功率。
• 使用拉曼移位孤子作为种子源可实现高效且宽带的差频生成。
• 由于其高非线性和高透光性，GaSe晶体在目标中红外波段支持高效的频率转换。
• 该系统展示了中红外波段的相干频率梳运行，具有实际光谱分析应用潜力。
• 该方法实现了紧凑、光纤泵浦的光源，具备高光谱亮度和宽调谐范围。