Шанхайският институт по оптика и прецизни машини (SIPM) постига напредък в изследването на нов терахерцов източник, базиран на Yb лазер

Наскоро Държавната ключова лаборатория по лазерна физика на силно поле към Шанхайския институт за оптична прецизност и механични изследвания (SIPMR), Китайската академия на науките (CAS), постигна нов напредък в генерирането на терахерцови вълни със силно поле на базата на Yb лазерно изпомпване органични кристали. Резултатите от свързаните изследвания бяха публикувани в Applied Physics под заглавието „Ефективно генериране на THz със силно поле от DSTMS кристал, изпомпван от 1030nm Yb-лазер“. публикуван в Applied Physics Letters.
В сравнение с неорганичните кристали като ZnTe и LiNbO3, органичните кристали като DAST и DSTMS имат по-високи нелинейни коефициенти и по-ниски коефициенти на поглъщане в терахерцовата лента. В предишни проучвания инфрачервен ултракъс импулсен лазер с дължина на вълната от 1200 до 1700 nm обикновено се използва за изпомпване на органичните кристали, за да се постигне по-добро фазово съвпадение и по-висока ефективност на преобразуване на терахерца. Въпреки това, получаването на високоенергийни ултракъси лазерни импулси в тази лента с дължина на вълната изисква честотно преобразуване с помощта на техники като OP(CP)A, което не само значително намалява ефективността на преобразуване на енергията и стабилността на системата, но също така подобрява цената и сложността на оборудването. През последните години ултрабързите Yb лазери бяха подчертани от научноизследователската общност и индустрията заради техните предимства като ниска цена, висока мощност и миниатюризация. Генерирането на терагерцови вълни с Yb лазер, задвижващ директно кристал, дава идея за разработването на интегриран терагерцов източник и дава възможност за развитие на свързани научни изследвания и области на приложение.
Това изследване описва условията за съвпадение на фазите за генериране на терахерцови вълни чрез изпомпване на фотокоригиране на органични кристали с ултракъс импулсен лазер и анализира зависимостта на терахерцовата честота, кохерентната дължина и т.н. от изпомпващия лазер. Изследователският екип използва Yb лазерно изпомпвано органично кристално DSTMS за генериране на терахерц със силно поле. Чрез проектиране на фазовото съвпадение на терахерцовата лента и оптимизиране на ширината на импулса на помпата и плътността на мощността, екипът получи терахерцова вълна със силно поле с енергия на единичен импулс от 0.4 μJ и пикова сила на полето от 236 kV/cm, със спектър, покриващ 0.1-6 THz, а ефективността на преобразуване на енергията на лазерно-терагерцовата вълна достигна 0.22%. Горните експерименти потвърдиха осъществимостта на Yb лазерно изпомпвани органични кристали за генериране на терагерцови вълни с висока мощност и силно поле на ниво миливат, осигурявайки ново интегрирано решение за терагерцов източник на светлина за научни изследвания и промоция на приложения в свързани области.
Тази работа беше подкрепена от Националната ключова изследователска и развойна програма на Китай, Националната природонаучна фондация на Китай и Програмата за развитие на инструментите на Китайската академия на науките.

Фигура 1. Генериране и характеризиране на терагерцови вълни със силно поле (а) експериментален оптичен път; (b) терахерцови вълнови форми и спектри във времева област (вмъкването показва терахерцовото фокусно петно).

Фиг. 2. Фазово съгласуване на лазерно-терагерцова вълна (а) индекси на пречупване на DSTMS кристали в инфрачервения и терагерцовия обхват; б) зависимост на терахерцовата честота, кохерентната дължина и др. от дължината на вълната на изпомпващия лазер; в) терагерцова кохерентна дължина при дължина на вълната на изпомпващия лазер от 1030 nm; и (d) абсорбционни характеристики на DSTMS кристали в инфрачервения и терахерцовия обхват.