High repetition rate mid-infrared laser source

Abstract

An efficient, high-power mid-infrared laser source based on ZnGeP₂ (ZGP) optical parametric oscillator (OPO) is presented. Using a Q-switched Ho:YAG laser as the pump source a total output power of 10.6 W was obtained in the 3–5 μm band at 10 kHz and 8.5 W at 20 kHz. The Ho:YAG laser was pumped by two diode-pumped polarization coupled Tm:YLF lasers. Optical-to-optical efficiency achieved is $>8.8\mathrm{\%}$ (laser-diode 792 nm to mid-IR 3–5 μm). With a commercial PtSi infrared camera ($256\times 256$ pixel focal plane array, 24 μm pitch) the pointing stability of Ho pump, signal and idler beam was measured to be better than 30 μrad. Whilst propagating the OPO beams over ∼100 m, little absorption for the idler beam was observed, resulting in a significant higher peak-to-peak value of ±22%, whereas the peak-to-peak stability of the signal pulses remained unchanged (±13%). To cite this article: M. Schellhorn et al., C. R. Physique 8 (2007). Les lasers à solide à basse énergie prennent de plus en plus d'importance dans la lutte contre les systèmes d'armes optroniques. Dans le cadre de ce contrat, un système laser dans le domaine moyen infrarouge devra être développé et jugé en termes de rendement, de qualité de faisceau, de stabilité de pointage ainsi que de comportement de propagation dans l'atmosphère. Avec un oscillateur paramétrique optique (OPO) ZnGeP₂ (ZGP), pompé par un laser Ho:YAG Q-déclenché à une fréquence de 10 kHz, on a obtenu une puissance de sortie de plus de 10.6 W dans le domaine infrarouge moyen (3.9 et 4.5 μm). En revanche, le laser Ho:YAG est pompé par 2 lasers Tm:YLF couplés par polarisation et pompés par des diodes. On obtient un rendement optique-optique (longueur d'onde des diodes laser par rapport au domaine infrarouge moyen) de plus de 8.8%. La stabilité de pointage des faisceaux laser pour 2.09 μm (Ho:YAG), pour 3.9 μm (faisceau du Signal) et pour 4.5 μm (faisceau du Idler) était <30 μrad. Les mesures de propagation ont permis d'observer que la variation de l'intensité de pointe de la répartition spatiale du faisceau Idler (4.5 μm), entre les impulsions, passe d'env. $\pm 8\mathrm{\%}$ à la sortie du laser à env. $\pm 22\mathrm{\%}$ après une distance de 100 m. Par contre, les variations du faisceau du Signal (3.9 μm) restent inchangées à env. $\pm 12\mathrm{\%}$. Ceci s'explique par de faibles pertes par absorption du faisceau Idler, par la bande d'absorption de CO₂ à 4.25 μm ainsi que les raies de l'eau isolées ($\lambda >4.5\text{μm}$). Pour citer cet article : M. Schellhorn et al., C. R. Physique 8 (2007).