Шанхайский институт оптики и точного машиностроения (SIPM) добился прогресса в исследовании нового источника терагерцового излучения на основе Yb-лазера

Недавно Государственная ключевая лаборатория физики лазеров сильного поля Шанхайского института оптических прецизионных и механических исследований (SIPMR) Китайской академии наук (CAS) достигла нового прогресса в генерации волн терагерцового поля сильного поля на основе органических кристаллов с накачкой лазером Yb. Соответствующие результаты исследований были опубликованы в журнале Applied Physics под названием «Эффективная генерация ТГц сильного поля из кристалла DSTMS с накачкой лазером Yb 1030 нм». опубликовано в журнале Applied Physics Letters.
По сравнению с неорганическими кристаллами, такими как ZnTe и LiNbO3, органические кристаллы, такие как DAST и DSTMS, имеют более высокие нелинейные коэффициенты и более низкие коэффициенты поглощения в терагерцовом диапазоне. В предыдущих исследованиях инфракрасный ультракороткий импульсный лазер с длиной волны от 1200 до 1700 нм обычно использовался для накачки органических кристаллов с целью достижения лучшего фазового согласования и более высокой эффективности преобразования терагерцового излучения. Однако получение высокоэнергетических ультракоротких лазерных импульсов в этом диапазоне длин волн требует преобразования частоты с использованием таких методов, как OP(CP)A, что не только значительно снижает эффективность преобразования энергии и стабильность системы, но также повышает стоимость и сложность оборудования. В последние годы научно-исследовательское сообщество и промышленность подчеркивают сверхбыстрые лазеры на Yb за их преимущества в низкой стоимости, высокой мощности и миниатюризации. Генерация терагерцовых волн с помощью лазера на Yb, непосредственно управляющего кристаллом, дает идею для разработки интегрированного источника терагерцового излучения и открывает возможность для развития смежных научных исследований и областей применения.
В этом исследовании описываются условия согласования фаз для генерации терагерцовых волн путем накачки органического кристалла фоторектификации с помощью сверхкороткого импульсного лазера и анализируется зависимость терагерцовой частоты, длины когерентности и т. д. от накачивающего лазера. Исследовательская группа использовала органический кристалл DSTMS с накачкой Yb-лазером для генерации сильного поля терагерцового диапазона. Разрабатывая фазовое согласование терагерцового диапазона и оптимизируя ширину импульса лазера накачки и плотность мощности, группа получила сильное поле терагерцовой волны с энергией одиночного импульса 0.4 мкДж и пиковой напряженностью поля 236 кВ/см со спектром, охватывающим 0.1-6 ТГц, а эффективность преобразования энергии лазерной терагерцовой волны достигла 0.22%. Вышеуказанные эксперименты подтвердили возможность использования органических кристаллов с накачкой Yb-лазером для генерации мощных терагерцовых волн сильного поля милливаттного уровня, что обеспечивает новое интегрированное решение источника терагерцового света для научных исследований и продвижения приложений в смежных областях.
Данная работа была поддержана Национальной программой ключевых исследований и разработок Китая, Национальным фондом естественных наук Китая и Программой разработки приборов Китайской академии наук.

Рисунок 1. Генерация и характеристика терагерцовых волн сильного поля (а) экспериментальный оптический путь; (б) формы и спектры терагерцовых временных волн (на вставке показано фокусное пятно терагерцового диапазона).

Рис. 2. Фазовый синхронизм лазерной и терагерцовой волн: (а) показатели преломления кристаллов DSTMS в инфракрасном и терагерцовом диапазонах; (б) зависимость терагерцовой частоты, длины когерентности и т. д. от длины волны лазера накачки; (в) длина когерентности терагерцового излучения на длине волны лазера накачки 1030 нм; (г) характеристики поглощения кристаллов DSTMS в инфракрасном и терагерцовом диапазонах.