Mid-infrared supercontinuum generation using a femtosecond Cr-ZnSe laser system

This thesis reports on the analysis of mid-infrared Supercontinuum generation in optical fibers, starting with a Kerr-lens mode-locked Cr:ZnSe laser. This laser operates at around $2.4 \mu m$ emission wavelength producing nearly transform-limited pulses with a duration of $47fs$ and repetition rate of $170MHz$. In order to investigate the Supercontinuum process with different conditions we built a specific setup and an optical double-pass amplifier with a Cr:ZnSe crystal, able to amplify the laser radiation up to an average power of 1W. Different types of chalcogenide fibers were employed: initially single-mode arsenic trisulfide As$_2$S$_3$ fibers were used, then different samples of arsenic triselenide As$_2$Se$_3$ Photonic-Crystal Fibers were utilized. By using the latter fibers a broad spectrum spanning one octave from $1500$ to $3000nm$ was obtained.

In questa tesi viene discusso il processo di generazione di supercontinuo nel medio-infrarosso tramite fibre ottiche, partendo da un laser Cr:ZnSe che opera in regime di mode-locking passivo. Questo laser produce impulsi ultrabrevi di durata $47fs$ con una frequenza di ripetizione di $170MHz$. Per analizzare questo fenomeno fisico con differenti parametri, abbiamo sviluppato un setup adatto e un amplificatore ottico basato su un cristallo di Cr:ZnSe, il quale è in grado di amplificare la radiazione laser fino a $1W$ di potenza media. Sono stati utilizzati diversi tipi di fibre calcogenure: inizialmente sono state utilizzate delle fibre a singolo modo di trisolfuro di diarsenico As$_2$S$_3$ e successivamente fibre a cristallo fotonico di triseleniuro di diarsenico As$_2$Se$_3$. Utilizzando le ultime, abbiamo ottenuto un ampio spettro ottico, che comprende una ottava in frequenza, da $1500$ a $3000nm$.