Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM) gjør fremskritt i forskning av ny Terahertz-kilde basert på Yb-laser

Nylig har State Key Laboratory of Strong-Field Laser Physics ved Shanghai Institute of Optical Precision and Mechanical Research (SIPMR), Chinese Academy of Sciences (CAS), gjort nye fremskritt med å generere sterkfelts terahertz-bølger basert på Yb laserpumpet organiske krystaller. De relaterte forskningsresultatene ble publisert i Applied Physics under tittelen "Efficient strong-field THz generation from DSTMS crystal pumped by 1030nm Yb-laser". publisert i Applied Physics Letters.
Sammenlignet med uorganiske krystaller som ZnTe og LiNbO3, har organiske krystaller som DAST og DSTMS høyere ikke-lineære koeffisienter og lavere absorpsjonskoeffisienter i terahertz-båndet. I tidligere studier ble en infrarød ultrakort pulset laser med en bølgelengde på 1200 til 1700 nm generelt brukt til å pumpe de organiske krystallene for å oppnå bedre fasetilpasning og høyere terahertz-konverteringseffektivitet. Å oppnå ultrakorte laserpulser med høy energi i dette bølgelengdebåndet krever imidlertid frekvenskonvertering ved bruk av teknikker som OP(CP)A, som ikke bare reduserer energikonverteringseffektiviteten og systemstabiliteten betydelig, men også forbedrer utstyrets kostnad og kompleksitet. De siste årene har ultraraske Yb-lasere blitt fremhevet av det vitenskapelige forskningsmiljøet og industrien for deres fordeler med lav pris, høy effekt og miniatyrisering. Genereringen av terahertzbølger med en Yb-laser som direkte driver en krystall gir en idé for utviklingen av en integrert terahertzkilde, og gir en mulighet for utvikling av relaterte vitenskapelige forsknings- og bruksområder.
Denne studien beskriver fasetilpasningsbetingelsene for å generere terahertzbølger ved å pumpe organisk krystallfotoretting med ultrakort pulslaser, og analyserer avhengigheten av terahertzfrekvens, koherenslengde osv. på pumpelaseren. Forskerteamet brukte Yb laserpumpet organisk krystall DSTMS for å generere sterkfelt terahertz. Ved å designe fasetilpasningen til terahertz-båndet og optimalisere pumpens laserpulsbredde og effekttetthet, oppnådde teamet sterkfelt-terahertz-bølge med enkeltpulsenergi på 0,4 μJ og toppfeltstyrke på 236 kV/cm, med et spektrum som dekker 0.1-6 THz, og energikonverteringseffektiviteten til laser-terahertz-bølgen nådde 0.22 %. Eksperimentene ovenfor har bekreftet gjennomførbarheten av Yb-laserpumpede organiske krystaller for å generere milliwatt-nivå høyeffekts sterkt felt terahertz-bølger, og gir en ny integrert terahertz-lyskildeløsning for vitenskapelig forskning og applikasjonspromotering på relaterte felt.
Dette arbeidet ble støttet av Kinas nasjonale nøkkelforsknings- og utviklingsprogram, Kinas nasjonale naturvitenskapelige stiftelse og instrumenteringsutviklingsprogrammet til det kinesiske vitenskapsakademiet.

Figur 1. Generering og karakterisering av sterkfelt terahertzbølger (a) eksperimentell optisk bane; (b) terahertz tidsdomene bølgeformer og spektre (innsatsen viser terahertz brennpunktet).

Fig. 2. Laser-terahertz-bølgefasetilpasning (a) brytningsindekser for DSTMS-krystaller i de infrarøde og terahertz-båndene; (b) avhengighet av terahertz-frekvens, koherenslengde, etc., av bølgelengden til pumpelaseren; (c) terahertz koherenslengde ved bølgelengden til pumpelaseren på 1030 nm; og (d) absorpsjonsegenskaper til DSTMS-krystaller i de infrarøde og terahertz-båndene.