Nonlinear optics for short pulse and mid-infrared applications

用于短脉冲和中红外应用的非线性光学

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2018-03976
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.48万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2020-01-01 至 2021-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Since Eadweard Muybridge was first able to photograph the stopped motion of a racing horse, optical pulse technology has evolved to now create pulses as short at 53 attoseconds. This timescale corresponds to the time electrons orbit a nucleus. Watching the electron move is not as simple as taking a photograph. In order to see these tiny objects, nonlinear or multi-photon techniques are needed. This proposal aims to create an ultrashort pulse with sufficient power to create the nonlinear effects. The proposed source would produce single femtosecond pulses with gigawatt peak power and could be used to measure the stopped motion of an atom vibrating in a molecule. To produce the ultrashort pulses requires the generation of a very broad frequency spectrum. The broad spectrum is created through a nonlinear optical process using longer pulses. Two intense laser pulses having different colours focused into a molecular gas will cause the molecules to vibrate at a frequency matching the difference between the frequencies of the two laser pulses. The molecule's vibrational frequency then mixes with the optical frequency and creates new colours, where each colour is separated by the vibrational frequency. The colours span the optical spectrum from the infrared pump pulses out to the ultraviolet. This proposal is concerned with not only making an ultrabroad set of colours, but making each of the colours broad. In this way, when the colours are timed together to make a train of optical pulses, there will be very few pulses in the train and the power per pulse can be maximized. The nonlinear process of broad frequency generation first requires the development of a high power two-colour laser source. This new two-colour laser source can also be used to generate long wavelength mid-infrared radiation where there are very few short pulse sources. Along with applications in environmental monitoring and medical applications, this spectral region is becoming increasingly important for trace gas detection of explosives that have strong absorption lines at these long wavelengths.
自从Eadweard Muybridge第一次能够拍摄到赛马的停止运动以来,光脉冲技术已经发展到现在可以产生53阿秒的短脉冲。 这个时间尺度对应于电子围绕原子核旋转的时间。 观察电子的运动并不像拍照那么简单。 为了看到这些微小的物体,需要非线性或多光子技术。 该建议旨在创建具有足够功率的超短脉冲以产生非线性效应。 该光源将产生峰值功率为千兆瓦的单飞秒脉冲,并可用于测量分子中原子振动的停止运动。 为了产生超短脉冲,需要产生非常宽的频谱。 宽光谱是通过使用较长脉冲的非线性光学过程产生的。两个具有不同颜色的强激光脉冲聚焦到分子气体中,将导致分子以与两个激光脉冲的频率之差相匹配的频率振动。分子的振动频率然后与光学频率混合并产生新的颜色,其中每种颜色由振动频率分离。 这些颜色跨越了从红外泵浦脉冲到紫外的光谱。 这个建议不仅涉及制作一组超宽的颜色,而且还涉及使每种颜色都变宽。 以这种方式,当颜色被定时在一起以形成光脉冲串时,在该串中将存在非常少的脉冲,并且每个脉冲的功率可以被最大化。 宽频率产生的非线性过程首先需要开发高功率双色激光源。 这种新的双色激光源也可用于产生长波长中红外辐射,其中存在非常少的短脉冲源。 沿着在环境监测和医疗应用中的应用,该光谱区域对于在这些长波长处具有强吸收线的爆炸物的痕量气体检测变得越来越重要。

项目成果

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