Shanghai Institute Of Optics And Precision Machinery (SIPM) boekt vooruitgang in onderzoek naar nieuwe terahertzbron op basis van Yb-laser

Onlangs heeft het State Key Laboratory of Strong-Field Laser Physics van het Shanghai Institute of Optical Precision and Mechanical Research (SIPMR), Chinese Academy of Sciences (CAS), nieuwe vooruitgang geboekt in het genereren van sterke-veld terahertz golven gebaseerd op Yb laser-gepompte organische kristallen. De gerelateerde onderzoeksresultaten werden gepubliceerd in Applied Physics onder de titel "Efficient strong-field THz generation from DSTMS crystal pumped by 1030nm Yb-laser". gepubliceerd in Applied Physics Letters.
Vergeleken met anorganische kristallen zoals ZnTe en LiNbO3, hebben organische kristallen zoals DAST en DSTMS hogere niet-lineaire coëfficiënten en lagere absorptiecoëfficiënten in de terahertzband. In eerdere studies werd over het algemeen een infrarood ultrakorte gepulseerde laser met een golflengte van 1200 tot 1700 nm gebruikt om de organische kristallen te pompen om een ​​betere fasematching en hogere terahertzconversie-efficiëntie te bereiken. Het verkrijgen van hoogenergetische ultrakorte laserpulsen in deze golflengteband vereist echter frequentieconversie met behulp van technieken zoals OP(CP)A, wat niet alleen de energieconversie-efficiëntie en systeemstabiliteit aanzienlijk vermindert, maar ook de apparatuurkosten en complexiteit verbetert. De laatste jaren zijn ultrakorte Yb-lasers door de wetenschappelijke onderzoeksgemeenschap en de industrie benadrukt vanwege hun voordelen op het gebied van lage kosten, hoog vermogen en miniaturisatie. De generatie van terahertzgolven met een Yb-laser die een kristal rechtstreeks aanstuurt, biedt een idee voor de ontwikkeling van een geïntegreerde terahertzbron en biedt een kans voor de ontwikkeling van verwante wetenschappelijke onderzoeks- en toepassingsgebieden.
Deze studie beschrijft de faseaanpassingscondities voor het genereren van terahertzgolven door pompende organische kristalfotorectificatie met ultrakorte pulslaser, en analyseert de afhankelijkheid van terahertzfrequentie, coherentielengte, enz. van de pomplaser. Het onderzoeksteam gebruikte Yb laser gepompte organische kristal DSTMS om sterke-veld terahertz te genereren. Door de faseaanpassing van de terahertzband te ontwerpen en de pulsbreedte en vermogensdichtheid van de pomplaser te optimaliseren, verkreeg het team sterke-veld terahertzgolf met een enkele pulsenergie van 0.4 μJ en piekveldsterkte van 236 kV/cm, met een spectrum dat 0.1-6 THz beslaat, en de energieomzettingsefficiëntie van de laser-terahertzgolf bereikte 0.22%. De bovenstaande experimenten hebben de haalbaarheid van Yb-lasergepompte organische kristallen voor het genereren van krachtige sterke terahertz-golven op milliwattniveau aangetoond. Hiermee is een nieuwe geïntegreerde terahertz-lichtbronoplossing ontstaan ​​voor wetenschappelijk onderzoek en toepassingsbevordering in verwante vakgebieden.
Dit werk werd ondersteund door het National Key Research and Development Program van China, de National Natural Science Foundation van China en het Instrumentation Development Program van de Chinese Academie van Wetenschappen.

Figuur 1. Generatie en karakterisering van sterke terahertz-golven (a) experimenteel optisch pad; (b) terahertz-tijdsdomeingolfvormen en spectra (de inzet toont het terahertz-brandpunt).

Figuur 2. Faseaanpassing van laser-terahertzgolven (a) brekingsindices van DSTMS-kristallen in de infrarood- en terahertzbanden; (b) afhankelijkheid van terahertzfrequentie, coherentielengte, enz. van de golflengte van de pomplaser; (c) terahertzcoherentielengte bij de golflengte van de pomplaser van 1030 nm; en (d) absorptiekarakteristieken van DSTMS-kristallen in de infrarood- en terahertzbanden.