Eine der häufigsten Anwendungen unserer Kristalle ist die Erzeugung von Femtosekundenpulsen bei etwa 780 nm, die auch als kostengünstige und kompakte Alternative zum Ti:Saphir-Laser eingesetzt werden können.
Dies wird typischerweise durch Frequenzverdopplung einer leistungsstarken 1560-nm-Er³⁺-Faserquelle mit einem 1 mm langen MgO:PPLN-Kristall (MSHG1550-0.5-xx) bei Raumtemperatur erreicht (ein PPLN-Kristallofen ist nicht erforderlich). Eine solche Quelle kann in Mikroskopiesystemen für die Lebendzellbildgebung oder in der Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie eingesetzt werden, wo chemische Fingerabdrücke für Anwendungen im Bereich der inneren Sicherheit identifiziert werden können.
Die Kristalllänge ist bei der Auswahl eines Kristalls für die Femtosekundenlaser-Frequenzverdopplung aufgrund der Akzeptanzbandbreite des Bauelements ein wichtigercto. Der Kristall muss lang genug sein, um eine gute zeitliche Überlappung der Pulse zu gewährleisten, und gleichzeitig kurz genug, um die Bandbreite zu berücksichtigen. Der MSHG1550-0.5-xx ist für Pulsdauern von <30–100 fs in Längen ab 0,3 mm erhältlich, typischerweise wird jedoch für Pulsdauern von 100–200 fs ein 1 mm langer Kristall empfohlen.
Bei der Frequenzverdopplung von Femtosekunden-Laserpulsen lässt sich auch dann eine hohe Konversionseffizienz erzielen, wenn die p- µm -Bandbreite deutlich größer als die Akzeptanzbandbreite ist. Die p µm -Frequenzen außerhalb der Akzeptanzbandbreite tragen durch Frequenzerzeugung im s- µm -Bereich weiterhin zur Konversionseffizienz bei, indem sie den breitbandigen p µm -Puls im Wesentlichen in einen relativ schmalbandigeren SHG-Puls umwandeln [1].
Mit einer Kristalllänge von 1 mm und Fokussierfleckgrößen von 5–10 μm (Radius 1/e²) erzielten Kunden Wirkungsgrade von 40–60 % bei Belichtungszeiten von ca. 100 fs, Frequenzen von 100 MHz und mittleren Leistungen von 100–200 mW. Dank der sehr großen Temperaturtoleranz können Kristalle mit einer Länge von <1 mm bei Raumtemperatur und ohne Temperaturregelung für die Frequenzverdopplung (SHG) bei 1550 oder 1560 nm eingesetzt werden.
Huang et al. berichteten über ein Multiphotonenmikroskopiesystem auf Basis von MgO:PPLN mit einer SHG-Konversionseffizienz von 40 % unter folgenden Bedingungen [4]:
- MgO:PPLN-Kristall: 1 mm lang, 0,5 mm dick (MSHG1550-0.5-1)
- Asphärische Linse, f = 7,5 mm
- P µm p: 1,58 µm , 250 fs, 67 MHz, 200 mW
- SHG-Ausgangsleistung: 786 nm, 150 fs, 80 mW
Die folgende Tabelle zeigt die verfügbaren Längen für den MSHG1550-0.5-xx sowie die empfohlenen Längen basierend auf der Eingangsimpulsdauer und der Akzeptanzbandbreite (p µm p). Die Temperaturakzeptanzbandbreite der Kristalllänge gibt an, dass Kristalllängen unter 1 mm nicht in einem PPLN-Kristallofen temperaturstabilisiert werden müssen. Die maximale SHG-Bandbreite µm max µm ist die maximale Bandbreite, die aufgrund der Kristalllänge vom Kristall erwartet wird.
| Länge (mm) | P µm p Akzeptanzbandbreite (nm) | Temperaturakzeptanzbandbreite (°C) | Maximale SHG-Bandbreite in µm (nm) | Eingangsimpulsdauer |
| 0.3 | 40 | 265 | 20 | <30 – 100 fs[2] |
| 0.5 | 24 | 170 | 12 | 50 – 100 fs |
| 1 | 12 | 90 | 6.0 | 100 – 200 fs |
| 3 | 4.0 | 30 | 2.0 | 200 – 500 fs |
| 5 | 2.4 | 20 | 1.2 | 0,5 – 2 ps |
| 10 | 1.2 | 10 | 0.6 | 1 – 3 ps[3] |
Referenzen
- K. Moutzouris et al., Optics Letters, Bd. 31, Nr. 8, S. 1148–50, (2006)
- CW Freudiger et al., Nature Photonics 8, 153–159 (2014)
- C. Peuntinger et al., Phys. Rev. Lett. 113, 060502
- L. Huang et al., Biomed. Opt. Express, Bd. 7, Nr. 5, S. 1948, (2016)
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