Shanghai Institute of Optics And Precision Machinery (SIPM) gør fremskridt i forskningen af ​​ny Terahertz-kilde baseret på Yb-laser

For 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 fremskridt med at generere stærke felt-terahertz-bølger baseret på Yb-laserpumpet organiske krystaller. De relaterede forskningsresultater blev offentliggjort i Applied Physics under titlen "Efficient strong-field THz generation from DSTMS crystal pumped by 1030nm Yb-laser". offentliggjort i Applied Physics Letters.
Sammenlignet med uorganiske krystaller som ZnTe og LiNbO3 har organiske krystaller som DAST og DSTMS højere ikke-lineære koefficienter og lavere absorptionskoefficienter i terahertz-båndet. I tidligere undersøgelser blev en infrarød ultrakort pulseret laser med en bølgelængde på 1200 til 1700 nm generelt brugt til at pumpe de organiske krystaller for at opnå bedre fasetilpasning og højere terahertz-konverteringseffektivitet. Men at opnå højenergi-ultrakorte laserimpulser i dette bølgelængdebånd kræver frekvensomdannelse ved hjælp af teknikker som OP(CP)A, som ikke kun i høj grad reducerer energikonverteringseffektiviteten og systemstabiliteten, men også forbedrer udstyrsomkostningerne og kompleksiteten. I de seneste år er ultrahurtige Yb-lasere blevet fremhævet af det videnskabelige forskningsmiljø og industrien for deres fordele i lavpris, høj effekt og miniaturisering. Genereringen af ​​terahertz-bølger med en Yb-laser, der direkte driver en krystal, giver en idé til udviklingen af ​​en integreret terahertz-kilde og giver mulighed for udvikling af relaterede videnskabelige forsknings- og anvendelsesområder.
Denne undersøgelse beskriver fasetilpasningsbetingelserne for generering af terahertzbølger ved at pumpe organisk krystalfotorektifikation med ultrakort pulslaser og analyserer afhængigheden af ​​terahertzfrekvens, kohærenslængde osv. af pumpelaseren. Forskerholdet brugte Yb laserpumpet organisk krystal DSTMS til at generere stærkt felt terahertz. Ved at designe fasetilpasningen af ​​terahertz-båndet og optimere pumpelaserens pulsbredde og effekttæthed opnåede teamet stærkfelt-terahertz-bølge med enkeltpulsenergi på 0,4 μJ og topfeltstyrke på 236 kV/cm, med et spektrum, der dækker 0.1-6 THz, og energikonverteringseffektiviteten for laser-terahertz-bølgen nåede 0,22 %. Ovenstående eksperimenter har verificeret gennemførligheden af ​​Yb-laserpumpede organiske krystaller til at generere milliwatt-niveau høj-effekt stærkfelt terahertz-bølger, hvilket giver en ny integreret terahertz-lyskildeløsning til videnskabelig forskning og anvendelsesfremme inden for beslægtede områder.
Dette arbejde blev støttet af Kinas nationale nøgleforsknings- og udviklingsprogram, Kinas nationale naturvidenskabelige fond og det kinesiske videnskabsakademis instrumenteringsudviklingsprogram.

Figur 1. Generering og karakterisering af stærkfelt-terahertzbølger (a) eksperimentel optisk vej; (b) terahertz-tidsdomænebølgeformer og spektre (indsatsen viser terahertz-brændpunktet).

Fig. 2. Laser-terahertz-bølgefasetilpasning (a) brydningsindekser for DSTMS-krystaller i de infrarøde og terahertz-bånd; (b) afhængighed af terahertz-frekvens, kohærenslængde osv. af pumpelaserens bølgelængde; (c) terahertz kohærenslængde ved pumpelaserens bølgelængde på 1030 nm; og (d) absorptionsegenskaber for DSTMS-krystaller i de infrarøde og terahertz-bånd.