Šanghajský inštitút optiky a presných strojov (SIPM) dosiahol pokrok vo výskume nového terahertzového zdroja založeného na Yb laseri

Štátne kľúčové laboratórium fyziky silného lasera v Šanghaji Inštitútu pre optickú presnosť a mechanický výskum (SIPMR), Čínska akadémia vied (CAS), nedávno urobilo nový pokrok vo vytváraní terahertzových vĺn so silným poľom založených na Yb laserovom čerpaní. organické kryštály. Súvisiace výsledky výskumu boli publikované v Applied Physics pod názvom „Efektívna generácia THz so silným poľom z kryštálu DSTMS čerpaného 1030nm Yb-laserom“. publikované v Applied Physics Letters.
V porovnaní s anorganickými kryštálmi, ako sú ZnTe a LiNbO3, organické kryštály, ako sú DAST a DSTMS, majú vyššie nelineárne koeficienty a nižšie absorpčné koeficienty v terahertzovom pásme. V predchádzajúcich štúdiách sa na čerpanie organických kryštálov vo všeobecnosti používal infračervený ultrakrátky pulzný laser s vlnovou dĺžkou 1200 až 1700 nm, aby sa dosiahlo lepšie fázové prispôsobenie a vyššia účinnosť konverzie terahertzov. Avšak získanie vysokoenergetických ultrakrátkych laserových impulzov v tomto pásme vlnových dĺžok vyžaduje frekvenčnú konverziu pomocou techník, ako je OP(CP)A, čo nielen výrazne znižuje účinnosť premeny energie a stabilitu systému, ale tiež zlepšuje náklady a zložitosť zariadenia. V posledných rokoch boli ultrarýchle Yb lasery zdôraznené vedecko-výskumnou komunitou a priemyslom pre ich výhody v nízkych nákladoch, vysokom výkone a miniaturizácii. Generovanie terahertzových vĺn pomocou Yb lasera priamo poháňajúceho kryštál poskytuje nápad na vývoj integrovaného terahertzového zdroja a prináša príležitosť pre rozvoj súvisiacich vedeckých výskumov a aplikačných oblastí.
Táto štúdia popisuje podmienky fázového prispôsobenia na generovanie terahertzových vĺn čerpaním organických kryštálov fotorektifikácie ultrakrátkym pulzným laserom a analyzuje závislosť terahertzovej frekvencie, koherentnej dĺžky atď. od čerpacieho lasera. Výskumný tím využil Yb laserom čerpaný organický kryštál DSTMS na generovanie terahertzov so silným poľom. Navrhnutím fázového prispôsobenia terahertzového pásma a optimalizáciou šírky laserového pulzu pumpy a hustoty výkonu tím získal terahertzovú vlnu silného poľa s energiou jedného pulzu 0,4 μJ a špičkovou intenzitou poľa 236 kV/cm, so spektrom pokrývajúcim 0.1-6 THz a účinnosť premeny energie laserovo-terahertzovej vlny dosiahla 0,22 %. Vyššie uvedené experimenty overili uskutočniteľnosť organických kryštálov čerpaných laserom Yb na generovanie vysokovýkonných terahertzových vĺn so silným poľom na úrovni miliwattov, čo poskytuje nové integrované riešenie terahertzového svetelného zdroja pre vedecký výskum a podporu aplikácií v súvisiacich oblastiach.
Táto práca bola podporovaná Národným kľúčovým výskumným a vývojovým programom Číny, Národnou nadáciou pre prírodné vedy v Číne a Programom vývoja prístrojového vybavenia Čínskej akadémie vied.

Obrázok 1. Generovanie a charakterizácia terahertzových vĺn silného poľa (a) experimentálna optická dráha; (b) terahertzové tvary vĺn a spektrá v časovej oblasti (vložka ukazuje terahertzovú ohniskovú škvrnu).

Obr. 2. Fázové prispôsobenie laserovej terahertzovej vlny (a) indexy lomu kryštálov DSTMS v infračervenom a terahertzovom pásme; (b) závislosť terahertzovej frekvencie, koherentnej dĺžky atď. od vlnovej dĺžky čerpacieho lasera; (c) terahertzová koherentná dĺžka pri vlnovej dĺžke čerpacieho lasera 1030 nm; a (d) absorpčné charakteristiky kryštálov DSTMS v infračervenom a terahertzovom pásme.