Institutul de optică și mașini de precizie din Shanghai (SIPM) face progrese în cercetarea unei noi surse de teraherți bazată pe laser Yb

Recent, Laboratorul cheie de stat de fizică a laserului cu câmp puternic al Institutului de Precizie Optică și Cercetare Mecanică din Shanghai (SIPMR), Academia Chineză de Științe (CAS), a făcut noi progrese în generarea undelor terahertz cu câmp puternic bazate pe pompate cu laser Yb cristale organice. Rezultatele cercetării aferente au fost publicate în Applied Physics sub titlul „Generație eficientă de THz în câmp puternic din cristal DSTMS pompat cu laser Yb de 1030 nm”. publicat în Applied Physics Letters.
În comparație cu cristalele anorganice precum ZnTe și LiNbO3, cristalele organice precum DAST și DSTMS au coeficienți neliniari mai mari și coeficienți de absorbție mai mici în banda de teraherți. În studiile anterioare, un laser cu impulsuri ultrascurte în infraroșu cu o lungime de undă de 1200 până la 1700 nm a fost, în general, utilizat pentru a pompa cristalele organice pentru a obține o potrivire mai bună a fazelor și o eficiență mai mare a conversiei în teraherți. Cu toate acestea, obținerea de impulsuri laser ultrascurte de mare energie în această bandă de lungime de undă necesită conversie de frecvență folosind tehnici precum OP(CP)A, care nu numai că reduce foarte mult eficiența conversiei energiei și stabilitatea sistemului, dar îmbunătățește și costul și complexitatea echipamentului. În ultimii ani, laserele ultrarapide Yb au fost evidențiate de comunitatea de cercetare științifică și de industrie pentru avantajele lor în ceea ce privește costul redus, puterea mare și miniaturizarea. Generarea undelor terahertzi cu un laser Yb care conduce direct un cristal oferă o idee pentru dezvoltarea unei surse integrate de teraherți și oferă o oportunitate pentru dezvoltarea cercetării științifice și a domeniilor de aplicare conexe.
Acest studiu descrie condițiile de potrivire de fază pentru generarea undelor terahertzi prin pomparea fotorectificării cu cristale organice cu laser cu impuls ultrascurt și analizează dependența frecvenței teraherți, a lungimii de coerență etc. de laserul de pompare. Echipa de cercetare a folosit DSTMS cu cristale organice pompate cu laser Yb pentru a genera terahertzi cu câmp puternic. Prin proiectarea potrivirii de fază a benzii de teraherți și optimizarea lățimii impulsului laser al pompei și a densității de putere, echipa a obținut undă terahertz cu câmp puternic cu energie un singur impuls de 0.4 μJ și puterea maximă a câmpului de 236 kV/cm, cu un spectru care acoperă 0.1-6 THz, iar eficiența de conversie a energiei undei laser-teraherți a atins 0,22%. Experimentele de mai sus au verificat fezabilitatea cristalelor organice pompate cu laser Yb de a genera unde terahertz de mare putere la nivel de miliwați, oferind o nouă soluție integrată de sursă de lumină terahertz pentru cercetarea științifică și promovarea aplicațiilor în domenii conexe.
Această lucrare a fost susținută de Programul Național de Cercetare și Dezvoltare Cheie din China, Fundația Națională de Științe Naturale din China și Programul de Dezvoltare a Instrumentelor din cadrul Academiei Chineze de Științe.

Figura 1. Generarea și caracterizarea undelor terahertz cu câmp puternic (a) cale optică experimentală; (b) forme de undă și spectre în domeniul timpului de teraherți (inserția arată punctul focal de teraherți).

Fig. 2. Potrivirea fazei undei laser-terahertzi (a) indici de refracție ai cristalelor DSTMS în benzile de infraroșu și teraherți; (b) dependența frecvenței teraherți, a lungimii de coerență etc., de lungimea de undă a laserului pompei; (c) lungimea coerenței în teraherți la lungimea de undă a laserului pompei de 1030 nm; și (d) caracteristicile de absorbție ale cristalelor DSTMS în benzile de infraroșu și teraherți.