ITMO
en/ en

ISSN: 1023-5086

en/

ISSN: 1023-5086

Научно-технический

Оптический журнал

Полнотекстовый перевод журнала на английский язык издаётся Optica Publishing Group под названием “Journal of Optical Technology“

Подача статьи Подать статью
Больше информации Назад

DOI: 10.17586/1023-5086-2025-92-11-23-33

УДК: 535.15

Узкополосный широкоперестраиваемый параметрический источник света среднего инфракрасного диапазона на основе кристаллов дифосфида цинка-германия

Еранов И.Д., Антипов О.Л., Добрынин А.А., Гетмановский Ю.А., Шарков В.В.
Ссылка для цитирования:

 Еранов И.Д., Антипов О.Л., Добрынин А.А., Гетмановский Ю.А., Шарков В.В. Узкополосный широкоперестраиваемый параметрический источник света среднего инфракрасного диапазона на основе кристаллов дифосфида цинка-германия // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 11. С. 23–33. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-11-23-33

 

Eranov I.D., Antipov O.L., Dobrynin A.A., Getmanovskiy Yu.A., Sharkov V.V. Narrow-linewidth broadly-tunable mid-infrared parametric source based on zinc germanium diphosphide crystals [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 11. P. 23–33. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-11-23-33

Ссылка на англоязычную версию:
-
Аннотация:

Предмет исследования. Широкоперестраиваемый параметрический источник света среднего инфракрасного диапазона, включающий однорезонаторный параметрический генератор излучения и параметрический усилитель на кристаллах дифосфида цинка-германия с накачкой излучением импульсно-периодического YAG:Ho3+-лазера. Цель работы. Разработка принципа создания широкоперестраиваемого источника импульсно-периодического излучения среднего инфракрасного диапазона с узкой спектральной линией и высокой импульсной энергией. Метод. Узкая линия генерации формировалась за счет использования эталона Фабри–Перо — пластинки из кремния толщиной 33 или 56 мкм внутри резонатора. Перестройка длины волны в среднем инфракрасном диапазоне осуществлялась за счет изменения температуры эталона и нелинейного кристалла. Усилитель обеспечивал увеличение энергии импульсов. Основные результаты. Узкополосная генерация (с шириной линии сигнальной волны 3–8 нм) перестраивалась в диапазонах 3860–4130 и 4210–4565 нм для сигнальной и холостой волн соответственно. Энергия в импульсах, следующих с частотой повторения 10–50 Гц, достигала 1,7 мДж для узкополосного излучения и 4,8 мДж для широкополосной генерации (или спектральной гребенки). Практическая значимость. Мощное узкополосное излучение, перестраиваемое в диапазоне 3,8–4,6 мкм, может быть использовано для дистанционного экологического мониторинга, в частности, парниковых газов CO2 и CO, беспроводной оптической связи или селективного воздействия на материалы, такие как кремний или алмаз.

Ключевые слова:

параметрические генераторы света, нелинейно-оптический кристалл, средний инфракрасный диапазон, эталон Фабри–Перо, узкая спектральная линия генерации, условия синхронизма, термооптический коэффициент кремния, перестройка длины волны, температурная зависимость показателя преломления кристалла

Благодарность:

работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 22-12-20035) и Министерства образования и науки Нижегородской области (соглашение 316-06-16-24/23 от 20.04.23).

Коды OCIS: 190.4970, 140.3600, 300.3700, 160.6030

Список источников:
  1. Vodopyanov K. L. Laser‐based mid‐infrared sources and applications. USA: Wiley, 2020, 287 p.
  2. Schunemann P.G., Zawilski K.T., Pomeranz L.A., et al. Advances in nonlinear optical crystals for mid-infrared coherent sources// JOSA B. 2013. V. 33. № 11. P. D36–D43. https://doi.org/10.1364/JOSAB.33.000D36
  3. Liu G., Shuyi Mi, Ke S.M., et al. 161 W middle infrared ZnGeP2 MOPA system pumped by 300 W-class Ho:YAG MOPA system // Opt. Lett. 2021. V. 46. № 1. P. 82–85. https://doi.org/10.1364/OL.413755
  4. Budni P.A., Pomeranz L.A., Lemons M.L., et al. Efficient mid-infrared laser using 1.9-µm-pumped Ho:YAG and ZnGeP2 optical parametric oscillators // JOSA B. 2000. V. 17. P. 723–728. https://doi.org/10.1364/JOSAB.17.000723
  5.  Захаров Н.Г., Антипов О.Л., Шарков В.В. и др. Эффективная генерация на длине волны 2,1 мкм в лазере на кристалле Ho:YAG с накачкой излучением Tm:YLE-лазера // Квант. электрон. 2010. T. 40. № 2. C. 98–100. https://doi.org/10.1070/QE2010v040n02ABEH014258

Zakharov N.G., Antipov O.L., Sharkov V.V., et al. Efficient lasing at 2.1 μm in a Ho:YAG laser pumped by a Tm:YLF laser // Quant. Electron. 2010. V. 40. Iss. 2. P. 98–100. https://doi.org/10.1070/QE2010v040n02ABEH014258

  1. Antipov O.L., Kositsyn R.I., Eranov I.D. 36 W Q-switched Ho:YAG laser at 2097 nm pumped by a Tm fiber laser: Evaluation of different Ho3+ doping concentrations // Laser Phys. Lett. 2017. V. 14. № 1. P. 015002 (7 ppt). http://dx.doi.org/10.1088/1612-202X/14/1/015002
  2. Антипов О.Л., Еранов И.Д., Косицын Р.И. Параметрические генераторы света среднего ИК диапазона мощностью 10 Вт на основе элементов ZnGeP2, накачиваемых излучением Ho:YAG-лазера с волоконно-лазерной накачкой. Экспериментальное и численное исследование // Квант. электрон. 2017. Т. 47. № 7. С. 601–606. https://doi.org/ 10.1070/QEL16366

Antipov O.L., Eranov I.D., Kositsyn R.I. 10-W mid-IR optical parametric oscillators based on ZnGeP2 elements pumped by a fibre-laser-pumped Ho:YAG laser. Experimental and numerical study // Quant. Electron. 2017. V. 47. Iss. 7. P. 601–606. https://doi.org/ 10.1070/QEL16366

  1. Zawilski K.T., Setzler S.D., Schunemann P.G., et al. Increasing the laser-induced damage threshold of single-crystal ZnGeP2 // JOSA B. 2006. V. 23. P. 2310–2316. https://doi.org/10.1364/JOSAB.23.002310
  2. Юдин Н.Н., Антипов О.Л., Грибенюков А.И. и др. Влияние технологии постростовой обработки и параметров лазерного излучения на длинах волн 2091 и 1064 нм на порог оптического пробоя монокристалла ZnGeP2 // Квант. электрон. 2021. Т. 51. № 4. С. 306–316. https://doi.org/10.1070/QEL17389

Yudin N.N., Antipov O.L., Gribenyukov A.I., et al. Effect of postgrowth processing technology and laser radiation parameters at wavelengths of 2091 and 1064 nm on the laser-induced damage threshold in ZnGeP2 single crystal // Quant. Electron. 2021. V. 51. Iss. 4. P. 306–316. https://doi.org/ 10.1070/QEL17389

  1. Yudin N., Dyomin V., Gribenyukov A., et al. Physical and technological aspects of laser-induced damage of ZGP single crystals under periodically pulsed laser irradiation at 2.1 μm // Photonics. 2023. V. 10. Iss. 12. P. 1364. https://doi.org/10.3390/photonics10121364
  2.  Vodopyanov K.L., Ganikhanov F., Maffetone J.P., et al. ZnGeP2 optical parametric oscillator with 3.8–12.4-µm tuneability // Opt. Lett. 2000. V. 25. P. 841. https://doi.org/10.1364/OL.25.000841
  3.  Zakel А., Wagner G.J., Alford W.J., et al. High-power, rapidly-tunable ZnGeP2 intracavity optical parametric oscillator // OSA/CLEO. 2005. V. CThY5. http://dx.doi.org/10.1109/CLEO.2005.202338
  4.  Das S. Optical parametric oscillator: Status of tunable radiation in mid-IR to IR spectral range based on ZnGeP2 crystal pumped by solid state lasers // Opt. and Quant. Electron. 2019. V. 51. P. 70. https://doi.org/10.1007/s11082-019-1782-3
  5.  Lv Z., Shen Y., Wen Y., et al. High power widely tunable mid-IR (5–7.2 μm) ZnGeP2 optical parametric oscillator pumped by a 2.09 μm laser // Infrared Phys. & Technol. 2023. V. 134. P. 104879. https://doi.org/10.1016/j.infrared.2023.104879
  6. Власов Д.В., Юдин Н.Н., Антипов О.Л. и др. Перестраиваемый в диапазоне длин волн 3.3−4.2 мкм параметрический генератор света на базе монокристалла ZnGeP2 со спектральной шириной генерируемого излучения 1 см–1 // Известия вузов. Физика. 2023. T. 66. № 10. C. 13–22. https://doi.org/10.17223/00213411/66/10/2

Vlasov D.V., Yudin N.N., Antipov O.L., et al. Tunable in the wavelength range of 3.3−4.2 μm parametric light generator based on a ZnGeP2 single crystal with a spectral width of generated radiation of 1 cm–1 // Bulletin of Universities. Physics. 2023. V. 66. № 10. P. 13–22. https://doi.org/10.17223/00213411/66/10/2

  1. Захаров Н.Г., Антипов О.Л., Савикин А.П. и др. Эффективная генерация на длине волны 1908 нм в лазере на кристалле Tm:YLF с диодной накачкой // Квант. электрон. 2009. Т. 39. № 5. С. 410–4414. https://doi.org/10.1070/QE2009v039n05ABEH013967
  2. Zakharov N.G., Antipov O.L., Savikin A.P., et al. Efficient generation at a wavelength of 1908 nm in a diode-pumped Tm:YLF crystal laser // Quant. Electron. 2009. V. 39. № 5. P. 410–4414. https://doi.org/10.1070/QE2009v039n05ABEH013967
  3.  Электронный ресурс: https://rezonator.orion-project.org (дата обращения 14.08.2025).

Electronic resource: https://rezonator.orion-project.org (accessed by 08/14/2025).

  1.  Budni P.A., Ibach C.R., Setzler S.D., et al. 50-mJ, Q-switched, 2.09-mm holmium laser resonantly pumped by a diode-pumped 1.9-mm thulium laser // Opt. Lett. 2003. V. 28. № 12. P. 1016. https://doi.org/10.1364/OL.28.001016
  2.  ГОСТ Р ИСО/ТО 11146-3— 2008. Лазеры и лазерные установки (системы): Методы измерений ширин, углов расходимости и коэффициентов распространения лазерных пучков — Часть 3: Собственная и геометрическая классификация лазерных пучков, специфика их распространения и методики измерений // Москва: Стандартинформ, 2010. 14 c.

GOST R ISO/TR 11146-3: 2008: Lasers and laser-related equipment — test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios — Part 3: Intrinsic and geometrical laser beam classification, propagation and details of test methods. Moscow: Interstandard (Russia), 2010. 14 p.

  1. Электронный ресурс URL: https://fc.gpi.ru (база данных нелинейно-оптических кристаллов).

Electronic resource URL: https://fc.gpi.ru (datebase on the nonlinear crystals).

  1. Frey B.J., Leviton D.B., Madison T.J. Temperature-dependent refractive index of silicon and germanium // e-print arXiv:physics/0606168v1. https://doi.org/10.48550/arXiv.physics/0606168
  2.  Gordon I.E., Rothman L.S., Hargreaves R.J., et al. The HITRAN2020 molecular spectroscopic database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2022. V. 277. P. 107949. http://dx.doi.org/10.1016/j.jqsrt.2021.107949
  3.  Collins A.T. Intrinsic and extrinsic absorption and luminescence in diamond // Physica B: Condensed Matter. 1993. V. 185. P. 284–296. https://doi.org/10.1016/0921-4526(93)90250-A