Shanghai optika- ja täppismasinate instituut (SIPM) teeb edusamme Yb laseril põhineva uue terahertsi allika uurimisel

Hiljuti on Hiina Teaduste Akadeemia (CAS) Shanghai optilise täppis- ja mehaaniliste uuringute instituudi (SIPMR) riiklik tugeva välja laserfüüsika laboratoorium teinud uusi edusamme Yb laserpumbal põhinevate tugevavälja terahertslainete genereerimisel. orgaanilised kristallid. Seotud uurimistulemused avaldati ajakirjas Applied Physics pealkirjaga "Efficient strong-field THz Generation from DSTMS crystal pumped by 1030nm Yb-laser". avaldatud Applied Physics Lettersis.
Võrreldes anorgaaniliste kristallidega, nagu ZnTe ja LiNbO3, on orgaanilistel kristallidel, nagu DAST ja DSTMS, kõrgemad mittelineaarsed koefitsiendid ja madalamad neeldumiskoefitsiendid terahertsiribas. Varasemates uuringutes kasutati orgaaniliste kristallide pumpamiseks üldiselt infrapuna-ultraheli impulsslaserit lainepikkusega 1200–1700 nm, et saavutada parem faaside sobivus ja suurem terahertsi muundamise efektiivsus. Kõrge energiaga ülilühikeste laserimpulsside saamine selles lainepikkuses nõuab aga sagedusmuundamist, kasutades selliseid meetodeid nagu OP(CP)A, mis mitte ainult ei vähenda oluliselt energia muundamise efektiivsust ja süsteemi stabiilsust, vaid parandab ka seadmete maksumust ja keerukust. Viimastel aastatel on teadusringkonnad ja tööstus rõhutanud ülikiireid Yb lasereid nende eeliste tõttu madala hinna, suure võimsuse ja miniaturiseerimise osas. Terahertslainete genereerimine otse kristalli juhtiva Yb laseriga annab idee integreeritud terahertsallika arendamiseks ning annab võimaluse sellega seotud teadusuuringute ja rakendusvaldkondade arendamiseks.
Selles uuringus kirjeldatakse faaside sobitamise tingimusi terahertslainete genereerimiseks orgaaniliste kristallide fotoalaldamise pumpamisel ultralühipulsslaseriga ning analüüsitakse terahertsi sageduse, koherentsuse pikkuse jms sõltuvust pumpavast laserist. Uurimisrühm kasutas Yb laseriga pumbatud orgaaniliste kristallide DSTMS-i, et tekitada tugeva välja terahertsi. Kavandades terahertsiriba faaside sobitamise ja optimeerides pumba laserimpulsi laiust ja võimsustihedust, saavutas meeskond tugeva välja terahertslaine, mille ühe impulsi energia oli 0,4 μJ ja tippväljatugevus 236 kV/cm, mille spekter kattis 0.1-6 THz ja laser-terahertsi laine energia muundamise efektiivsus ulatus 0,22%-ni. Ülaltoodud katsed on kinnitanud Yb laseriga pumbatavate orgaaniliste kristallide teostatavust genereerida millivatt-tasemel suure võimsusega tugeva välja terahertslaineid, pakkudes uut integreeritud terahertsi valgusallika lahendust teadusuuringuteks ja rakenduste edendamiseks seotud valdkondades.
Seda tööd toetasid Hiina riiklik võtmeuuringute ja arendustegevuse programm, Hiina riiklik loodusteaduste sihtasutus ja Hiina Teaduste Akadeemia instrumentide arendamise programm.

Joonis 1. Tugeva väljaga terahertslainete genereerimine ja iseloomustus (a) eksperimentaalne optiline tee; (b) terahertsi ajadomeeni lainekujud ja spektrid (sisend näitab terahertsi fookuspunkti).

Joonis 2. Laser-terahertslaine faaside sobitamine (a) DSTMS-kristallide murdumisnäitajad infrapuna- ja terahertsiribades; b) terahertsi sageduse, koherentsuse pikkuse jne sõltuvus pumbalaseri lainepikkusest; c) terahertsi koherentsuse pikkus pumplaseri lainepikkusel 1030 nm; ja (d) DSTMS-i kristallide neeldumisomadused infrapuna- ja terahertsiribades.