Šangajski institut za optiku i precizne strojeve (SIPM) napreduje u istraživanju novog terahercnog izvora temeljenog na Yb laseru

Nedavno je Državni ključni laboratorij za fiziku lasera jakog polja Šangajskog instituta za optičku preciznost i mehanička istraživanja (SIPMR) Kineske akademije znanosti (CAS) postigao novi napredak u stvaranju teraherc valova jakog polja temeljenih na Yb laserskom pumpanju organski kristali. Povezani rezultati istraživanja objavljeni su u časopisu Applied Physics pod naslovom "Efficient strong-field THz generation from DSTMS crystal pumped by 1030nm Yb-laser". objavljeno u Applied Physics Letters.
U usporedbi s anorganskim kristalima kao što su ZnTe i LiNbO3, organski kristali kao što su DAST i DSTMS imaju veće nelinearne koeficijente i niže koeficijente apsorpcije u terahercnom pojasu. U prethodnim studijama, infracrveni laser s ultrakratkim pulsiranjem valne duljine od 1200 do 1700 nm općenito je korišten za pumpanje organskih kristala kako bi se postiglo bolje usklađivanje faza i veća učinkovitost pretvorbe teraherca. Međutim, dobivanje visokoenergetskih ultrakratkih laserskih impulsa u ovom pojasu valnih duljina zahtijeva pretvorbu frekvencije korištenjem tehnika kao što je OP(CP)A, što ne samo da uvelike smanjuje učinkovitost pretvorbe energije i stabilnost sustava, već također poboljšava cijenu i složenost opreme. Posljednjih godina znanstvena istraživačka zajednica i industrija ističu ultrabrze Yb lasere zbog njihovih prednosti niske cijene, velike snage i minijaturizacije. Generiranje terahercnih valova s ​​Yb laserom koji izravno pokreće kristal daje ideju za razvoj integriranog terahercnog izvora i donosi priliku za razvoj povezanih znanstvenih istraživanja i polja primjene.
Ova studija opisuje uvjete usklađivanja faza za generiranje terahercnih valova fotorektifikacijom organskih kristala pumpanjem ultrakratkim pulsnim laserom i analizira ovisnost frekvencije teraherca, duljine koherencije itd. o laseru pumpanja. Istraživački tim koristio je DSTMS organskog kristala pumpanog Yb laserom za generiranje teraherca jakog polja. Projektiranjem faznog usklađivanja terahercnog pojasa i optimiziranjem širine i gustoće snage pulsa lasera pumpe, tim je dobio teraherc val jakog polja s energijom jednog pulsa od 0.4 μJ i vršnom jakošću polja od 236 kV/cm, sa spektrom koji pokriva 0.1-6 THz, a učinkovitost pretvorbe energije laserskog terahercnog vala dosegla je 0.22%. Gornji eksperimenti potvrdili su izvedivost Yb laserski pumpanih organskih kristala za generiranje terahercnih valova velike snage jakog polja na milivatnoj razini, pružajući novo integrirano rješenje terahercnog izvora svjetlosti za znanstvena istraživanja i promicanje primjene u srodnim poljima.
Ovaj rad poduprli su Nacionalni ključni istraživački i razvojni program Kine, Nacionalna zaklada za prirodne znanosti Kine i Program razvoja instrumenata Kineske akademije znanosti.

Slika 1. Generiranje i karakterizacija teraherc valova jakog polja (a) eksperimentalni optički put; (b) terahercni valni oblici i spektri u vremenskoj domeni (umetak prikazuje žarišnu točku teraherca).

Slika 2. Usklađivanje faze laserskog terahercnog vala (a) indeksi loma DSTMS kristala u infracrvenom i terahercnom pojasu; (b) ovisnost frekvencije teraherca, duljine koherencije itd. o valnoj duljini lasera pumpe; (c) terahercna duljina koherencije na valnoj duljini lasera pumpe od 1030 nm; i (d) karakteristike apsorpcije DSTMS kristala u infracrvenom i terahercnom pojasu.