광학 파라메트릭 앰프

Optical parametric amplifier

약칭 OPA라 불리는 광학적 파라메트릭 앰프는 광학적 파라메트릭 증폭 과정에 의해 가변 파장의 빛을 방출하는 레이저 광원이다. 광학 파라메트릭 오실레이터와 본질적으로 동일하지만 광학 공동(즉, 광 빔은 여러 번이 아니라 한두 번만 기기를 통과한다)이 없다.

광 파라메트릭 생성(OPG

주 기사: 자발적 파라미터 다운 변환

광 파라메트릭 생성(OPG)("광 파라미터 형광" 또는 "자발 파라미터 다운 변환"이라고도 함)은 광 파라미터 증폭에 선행하는 경우가 많다.

광학 파라메트릭 생성에서 입력은p 주파수 Ω의 광선 1개, 출력은 저주파 Ω과s Ω의i 광선 2개로 요구 조건은 Ωp=Ωs+Ω이다i. 이 두 개의 저주파 빔은 각각 "신호"와 "아이들러"라고 불린다.

이 빛 방출은 비선형 광학 원리에 기초한다. 입사 레이저 펄스(펌프)의 광자는 비선형 광학적 결정으로 두 개의 저에너지 광자로 나뉜다. 신호와 아이들러의 파장은 위상 일치 조건에 의해 결정되며, 예를 들어 온도 또는 벌크 광학에서 입사 펌프 레이저 광선과 결정의 광학 축 사이의 각도에 의해 변경된다. 따라서 신호와 아이들러 광자의 파장은 위상 일치 조건을 변경하여 조정할 수 있다.

광 파라미터 증폭(OPA)

광학 파라미터 증폭의 광자 그림: 펌프 광자는 신호 광자에 의해 붕괴가 자극되어 동일한 두 번째 신호 광자와 공회전 광자가 에너지와 모멘텀의 변환 하에 방출되는 가상 에너지 레벨을 흥분시킨다.

광학 파라메트릭 생성의 출력 빔은 대개 상대적으로 약하며 상대적으로 확산 방향과 주파수를 가진다. 이 문제는 OPG 후 2단계로 차이 주파수 생성이라고도 불리는 광학 파라메트릭 증폭(OPA)을 사용하여 해결된다.

OPA에서 입력은 주파수 Ω과p Ω의s 두 개의 광선 빔이다. OPA는 펌프 빔(Ωp)을 약하게 만들고, 신호 빔(Ωs)을 증폭시키며, 주파수 Ω에서i Ωp=Ωs+Ω으로i 새로운 소위 아이들러 빔을 생성한다.

OPA에서 펌프와 아이들러 광자는 보통 비선형 광학 결정을 통해 일직선으로 이동한다. 공정이 잘 되려면 위상 일치가 필요하다.

OPG+OPA 시스템의 파장은 (대부분의 고정 파장을 갖는 레이저와는 달리) 변화할 수 있기 때문에, 그것들은 많은 분광법에서 사용된다.

OPA의 예로서 입사 펌프 펄스는 Ti:sapfire 레이저의 800nm(12500cm−1) 출력이며, 신호와 아이들러라는 두 출력은 근적외선 영역에 있으며, 이 두 출력 합계는 12500cm와−1 같다.

NOPA(Noncollinear OPA)

대부분의 비선형 결정체는 2차 결정체이기 때문에 결정 내부에서 시준되는 빔은 그 외부로 시준되지 않을 수 있다. 위상 전선(파형 벡터)은 단발성으로 인해 에너지 흐름(포니팅 벡터)과 같은 방향을 가리키지 않는다.

위상 일치 각도는 모든 게인(0번째 순서)을 가능하게 한다. 시준기 설정에서 중심 파장을 선택할 자유는 파장에서 최대 첫 번째 순서로 일정하게 이득이 된다. 비콜린어 OPA는 추가 자유도를 가지도록 개발되어 파장에서 최대 2차까지 일정한 이득을 얻을 수 있었다. 최적 매개변수는 재료로서의 비협착성, β-바륨 붕산염(BBO) 4도, 400nm 펌프 파장, 신호 800nm(대형 분자의[1] 초고속 역학 탐색이 가능한 10 fs 이하의 fs 펄스 폭으로 605-750nm 범위에서 튜닝 가능)이다. 이것은 Ti-sapfire-amplifier의 3배 큰 대역폭을 생성한다. 첫 번째 순서는 수학적으로 관련된 그룹 속도의 일부 속성과 동등하지만, 이는 펌프와 신호가 동일한 그룹 속도를 갖는다는 것을 의미하지는 않는다. 1mm BBO를 통해 전파된 후, 짧은 펌프 펄스는 더 이상 신호와 중복되지 않는다. 따라서 긴 결정에서 큰 이득 증폭을 필요로 하는 상황에서는 처림 펄스 증폭을 사용해야 한다. 긴 크리스탈은 너무 큰 짹짹거림을 도입하기 때문에 어쨌든 압축기가 필요하다. 극단적인 짹짹거림은 20-fs 시드 펄스를 50 ps로 늘릴 수 있어 펌프로서 사용하기에 적합하다.[1] 희토류 레이저에서 높은 에너지를 가진 변형되지 않은 50-ps 펄스가 발생할 수 있다.

광학적 파라메트릭 앰프는 -앰프보다 대역폭이 넓으며, 이는 백색 광 발생으로 인해 광학적 파라메트릭 오실레이터보다 대역폭이 넓다(예를 들어 네온 가스에[2] 비선형 자기상 변조를 사용). 따라서 서브밴드를 선택할 수 있고 상당히 짧은 펄스가 여전히 생성될 수 있다.

Ti:Sa에 비해 BBO의 경우 mm 당 높은 증가율과 보다 중요한 것은 자연방사능이 낮다는 점이다. 인터레이싱 컴프레서와 OPA는 기울어진 펄스로 이어진다.

멀티패스 OPA

멀티패스는 워크오프 및 그룹 속도(분산) 보상에 사용할 수 있다. 신호 출력 증가와 함께 일정한 강도는 지수 상승 단면을 가질 수 있다. 이 작업은 렌즈에 의해 수행될 수 있다. 렌즈는 또한 빔 허리가 결정 안에 들어가도록 빔을 재포커스한다; 신호에 비례하는 펌프 출력을 증가시키고 펌프를 신호의 통과에 따라 분할함으로써 OPG의 감소, 아이들러를 덤프하고 선택적으로 개별적으로 결정체를 분리함으로써 광대역 증폭, 완전한 펌프 디플레를 한다.매 패스마다 시간과 공간의 펌프와 신호를 상쇄하고 모든 패스를 통해 하나의 펌프 펄스를 공급함으로써, BBO는 작은 차원에서만 이용 가능하므로 BBO로 높은 이득을 얻는다. 빔의 방향이 고정되어 있기 때문에 Ti:Sa 앰프에서처럼 하나의 작은 결정으로 다중 패스를 중복할 수 없다. 비색상 형상을 사용하고 증폭된 빔을 펌프 펄스에서 생성된 파라메트릭 형광 원뿔에 조정하지 않는 한.[1][3]

전자제품의 파라메트릭 증폭기와의 관계

주요기사 : 파라메트릭 증폭기

파라메트릭 증폭의 아이디어는 훨씬 낮은 주파수에서 처음 발생했다. 무선 주파수와 마이크로파 주파수를 포함한 AC 회로(최초 조사에서는 음파도 연구되었다). 이러한 애플리케이션에서 일반적으로 주파수 f의 강력한 펌프 신호(또는 "로컬 오실레이터")는 주파수 f의s 약한 "신호" 파형에 의해 매개 변수가 변조되는 회로 요소를 통과한다(예를 들어 신호는 바레이터 다이오드의[4] 캐패시턴스를 변조할 수 있다). 그 결과 로컬 오실레이터의 에너지 중 일부가 신호 주파수 f와s 차이("idler") 주파수 f-f로s 전달된다. 회로의 파라미터가 다양하기 때문에 파라메트릭 앰프라는 용어가 사용된다.[4]

광학 케이스는 펌프 주파수의 파동으로부터 신호와 아이들러 주파수의 파동으로 에너지를 전달한다는 동일한 기본 원리를 사용하기 때문에 동일한 이름을 사용했다.

참고 항목

각주 및 참조

  1. ^ a b c Jarota, Arkadiusz; Pastorczak, Ewa; Tawfik, Walid; Xue, Bing; Kania, Rafał; Abramczyk, Halina; Kobayashi, Takayoshi (2019). "Exploring the ultrafast dynamics of a diarylethene derivative using sub-10 fs laser pulses". Physical Chemistry Chemical Physics. 21 (1): 192–204. doi:10.1039/C8CP05882B. ISSN 1463-9076.
  2. ^ Tawfik, Walid (August 2016). "Reaching white-light radiation source of ultrafast laser pulses with tunable peak power using nonlinear self-phase modulation in neon gas". Radiation Physics and Chemistry. 125: 165–170. doi:10.1016/j.radphyschem.2016.04.006.
  3. ^ http://link.aip.org/link/?APplAB/86/21120/1 멀티패스 활형 펄스 증폭기
  4. ^ a b Das, Annapurna; Das, Sisir K. (18 February 2019). "Microwave Engineering". Tata McGraw-Hill Education – via Google Books.

1. Boichenko, V.L.; Zasavitski, I.I.; 코시치킨, 유.V.; 타라세비치, A.P.; 툰킨, V.G.; 쇼토프, A.P. (1984) "조정 가능한 반도체 레이저 방사선이 증폭되는 피코세컨드 광 파라미터 오실레이터" 소브 J 콴트 전자제품 11(1): 141–143. 2. 마그니츠키, S.A.; 말라크호바, V.I.; 타라세비치, A.P.; 툰킨, V.G.; S.D. 야쿠보비치(1986) "주입 잠금 광학 파라메트릭 오실레이터에 의한 대역폭 제한 튜닝 가능한 피코세컨드 펄스 생성" 광학 편지 11(1): 18–20.

외부 링크