L'une des applications les plus courantes de nos cristaux est la génération d'impulsions femtosecondes autour de 780 nm, qui peuvent également être utilisées comme alternative économique et compacte au laser Ti:Saphir.
On y parvient généralement en doublant la fréquence d'une source à fibre Er³⁺ de forte puissance à 1560 nm à l'aide d'un cristal MgO:PPLN de 1 mm de long (MSHG1550-0.5-xx) à température ambiante (aucun four à cristal PPLN n'est nécessaire). Une telle source peut être utilisée dans des systèmes de microscopie pour l'imagerie de cellules vivantes ou en spectroscopie térahertz en domaine temporel, permettant l'identification de signatures chimiques pour des applications de sécurité intérieure.
La longueur du cristal est unctoimportant lors du choix d'un cristal pour le doublage de fréquence des lasers femtosecondes, en raison de la bande passante d'acceptation du dispositif. Le cristal doit être suffisamment long pour assurer un bon recouvrement temporel des impulsions, tout en étant suffisamment court pour respecter la bande passante. Le MSHG1550-0.5-xx est disponible en longueurs minimales de 0,3 mm pour des durées d'impulsion inférieures à 30-100 fs, mais généralement, pour des durées d'impulsion de 100 à 200 fs, un cristal de 1 mm est recommandé.
Pour le doublage de fréquence des impulsions laser femtoseconde, si la bande passante p µm p est nettement supérieure à la bande passante d'acceptation, il est possible d'obtenir un rendement de conversion élevé. Les fréquences p µm p situées en dehors de la bande passante d'acceptation peuvent contribuer au rendement de conversion par génération de fréquences s µm , en comprimant l'impulsion p µm p à large bande dans une impulsion SHG à bande relativement plus étroite [1].
Avec un cristal de 1 mm de longueur et des zones focalisées de 5 à 10 µm (rayon de 1/e²), les clients ont rapporté des rendements de 40 à 60 % pour une durée d'impulsion d'environ 100 fs, une fréquence de 100 MHz et une puissance moyenne de 100 à 200 mW. Grâce à sa très large plage de températures de fonctionnement, des cristaux de moins de 1 mm de longueur peuvent être utilisés à température ambiante, sans régulateur de température, pour la génération de seconde harmonique (GSH) à 1550 ou 1560 nm.
Huang et al. ont décrit un système de microscopie multiphotonique basé sur MgO:PPLN avec une efficacité de conversion SHG de 40 % dans les conditions suivantes [4]:
- Cristal MgO:PPLN : 1 mm de long, 0,5 mm d'épaisseur (MSHG1550-0,5-1)
- Lentille asphérique, f = 7,5 mm
- P µm p : 1,58 µm , 250 fs, 67 MHz, 200 mW
- Puissance de sortie SHG : 786 nm, 150 fs, 80 mW
Le tableau ci-dessous présente les longueurs disponibles pour le MSHG1550-0.5-xx et les longueurs recommandées en fonction de la durée de l'impulsion d'entrée et de la bande passante d'acceptation en µm . La bande passante d'acceptation en température de la longueur du cristal indique que les cristaux de moins de 1 mm ne nécessitent pas de stabilisation thermique dans un four à cristal PPLN. La bande passante SHG maximale µm correspond à la bande passante µm attendue du cristal compte tenu de sa longueur.
| Longueur (mm) | Bande passante d'acceptation P µm p (nm) | Bande passante d'acceptation de température (°C) | Largeur de bande SHG maximale µm (nm) | Durée de l'impulsion d'entrée |
| 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] |
Références
- K. Moutzouris et al., Optics letters, vol. 31, no. 8, pp. 1148–50, (2006)
- CW Freudiger et al., Nature Photonics 8, 153-159 (2014)
- C. Peuntinger et al., Phys. Le révérend Lett. 113, 060502
- L. Huang et al., Biomed. Opt. Express, vol. 7, no. 5, p. 1948, (2016)
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