L'Institut d'Òptica i Maquinària de Precisió de Xangai (SIPM) avança en la investigació de la nova font de terahertz basada en làser Yb

Recentment, el Laboratori Estatal Clau de Física làser de camp fort de l'Institut de Precisió Òptica i Recerca Mecànica de Xangai (SIPMR), l'Acadèmia Xinesa de Ciències (CAS), ha fet nous progressos en la generació d'ones de terahertz de camp fort basades en bombes làser Yb. cristalls orgànics. Els resultats de la investigació relacionats es van publicar a Applied Physics sota el títol de "Generació eficient de THz de camp fort a partir de cristall DSTMS bombat per làser Yb de 1030 nm". publicat a Applied Physics Letters.
En comparació amb els cristalls inorgànics com ZnTe i LiNbO3, els cristalls orgànics com DAST i DSTMS tenen coeficients no lineals més alts i coeficients d'absorció més baixos a la banda de terahertz. En estudis anteriors, generalment s'utilitzava un làser de pols ultracurt infrarojos amb una longitud d'ona de 1200 a 1700 nm per bombar els cristalls orgànics per tal d'aconseguir una millor concordança de fase i una major eficiència de conversió de terahertz. Tanmateix, l'obtenció de polsos làser ultracurts d'alta energia en aquesta banda de longitud d'ona requereix una conversió de freqüència mitjançant tècniques com OP(CP)A, que no només redueix molt l'eficiència de conversió d'energia i l'estabilitat del sistema, sinó que també millora el cost i la complexitat de l'equip. En els darrers anys, la comunitat d'investigació científica i la indústria han destacat els làsers Yb ultra ràpids pels seus avantatges de baix cost, gran potència i miniaturització. La generació d'ones de terahertz amb un làser Yb impulsant directament un cristall proporciona una idea per al desenvolupament d'una font integrada de terahertz i ofereix una oportunitat per al desenvolupament de camps d'aplicació i investigació científica relacionats.
Aquest estudi descriu les condicions de concordança de fase per generar ones de terahertz mitjançant el bombeig de fotorectificació de cristall orgànic amb làser de pols ultracurt, i analitza la dependència de la freqüència de terahertz, la longitud de la coherència, etc. del làser de bombeig. L'equip d'investigació va utilitzar DSTMS de cristall orgànic bombat per làser Yb per generar terahertz de camp fort. Mitjançant el disseny de la concordança de fase de la banda de terahertzs ​​i l'optimització de l'amplada del pols làser de la bomba i la densitat de potència, l'equip va obtenir una ona de terahertz de camp fort amb una energia de pols únic de 0.4 μJ i una intensitat de camp màxima de 236 kV/cm. amb un espectre que cobreix 0.1-6 THz, i l'eficiència de conversió d'energia de l'ona làser-terahertz va assolir el 0,22%. Els experiments anteriors han verificat la viabilitat dels cristalls orgànics bombejats amb làser Yb per generar ones de terahertz de camp fort d'alta potència a nivell de miliwatts, proporcionant una nova solució integrada de font de llum de terahertz per a la investigació científica i la promoció d'aplicacions en camps relacionats.
Aquest treball va comptar amb el suport del Programa Nacional de Recerca i Desenvolupament Clau de la Xina, la Fundació Nacional de Ciències Naturals de la Xina i el Programa de Desenvolupament d'Instrumentació de l'Acadèmia Xinesa de Ciències.

Figura 1. Generació i caracterització d'ones de terahertz de camp fort (a) camí òptic experimental; (b) formes d'ona i espectres del domini temporal de terahertzs ​​(l'inserció mostra el punt focal de terahertz).

Fig. 2. Concordança de fase d'ona làser-terahertz (a) índexs de refracció dels cristalls DSTMS a les bandes d'infraroig i terahertz; (b) dependència de la freqüència de terahertz, longitud de coherència, etc., de la longitud d'ona del làser de la bomba; (c) longitud de coherència de terahertz a la longitud d'ona del làser de la bomba de 1030 nm; i (d) característiques d'absorció dels cristalls DSTMS a les bandes d'infrarojos i terahertz.