Το Ινστιτούτο Οπτικής και Μηχανημάτων Ακριβείας της Σαγκάης (SIPM) σημειώνει πρόοδο στην έρευνα της νέας πηγής Terahertz με βάση το λέιζερ Yb

Πρόσφατα, το State Key Laboratory of Strong-Field Laser Physics of Shanghai Institute of Optical Precision and Mechanical Research (SIPMR), Κινεζική Ακαδημία Επιστημών (CAS), σημείωσε νέα πρόοδο στη δημιουργία κυμάτων terahertz ισχυρού πεδίου βασισμένα σε αντλούμενα με λέιζερ Yb οργανικούς κρυστάλλους. Τα σχετικά ερευνητικά αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν στο Applied Physics με τον τίτλο «Αποτελεσματική παραγωγή ισχυρού πεδίου THz από κρύσταλλο DSTMS αντλούμενο από λέιζερ Yb 1030nm». δημοσιεύτηκε στο Applied Physics Letters.
Σε σύγκριση με τους ανόργανους κρυστάλλους όπως το ZnTe και το LiNbO3, οι οργανικοί κρύσταλλοι όπως το DAST και το DSTMS έχουν υψηλότερους μη γραμμικούς συντελεστές και χαμηλότερους συντελεστές απορρόφησης στη ζώνη των terahertz. Σε προηγούμενες μελέτες, ένα υπέρυθρο υπερβραχύ παλμικό λέιζερ με μήκος κύματος από 1200 έως 1700 nm χρησιμοποιήθηκε γενικά για την άντληση των οργανικών κρυστάλλων προκειμένου να επιτευχθεί καλύτερη αντιστοίχιση φάσης και υψηλότερη απόδοση μετατροπής terahertz. Ωστόσο, η απόκτηση υπερμικρών παλμών λέιζερ υψηλής ενέργειας σε αυτή τη ζώνη μήκους κύματος απαιτεί μετατροπή συχνότητας χρησιμοποιώντας τεχνικές όπως το OP(CP)A, που όχι μόνο μειώνει σημαντικά την απόδοση μετατροπής ενέργειας και τη σταθερότητα του συστήματος, αλλά βελτιώνει επίσης το κόστος και την πολυπλοκότητα του εξοπλισμού. Τα τελευταία χρόνια, τα υπερταχεία λέιζερ Yb έχουν δοθεί έμφαση από την επιστημονική ερευνητική κοινότητα και τη βιομηχανία για τα πλεονεκτήματά τους στο χαμηλό κόστος, την υψηλή ισχύ και τη σμίκρυνση. Η δημιουργία κυμάτων terahertz με ένα λέιζερ Yb που οδηγεί απευθείας έναν κρύσταλλο παρέχει μια ιδέα για την ανάπτυξη μιας ολοκληρωμένης πηγής terahertz και προσφέρει μια ευκαιρία για την ανάπτυξη σχετικών πεδίων επιστημονικής έρευνας και εφαρμογής.
Αυτή η μελέτη περιγράφει τις συνθήκες αντιστοίχισης φάσης για τη δημιουργία κυμάτων terahertz με άντληση ανόρθωσης φωτογραφιών οργανικών κρυστάλλων με υπερβραχύ παλμικό λέιζερ και αναλύει την εξάρτηση της συχνότητας terahertz, του μήκους συνοχής κ.λπ. από το λέιζερ άντλησης. Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε οργανικούς κρυστάλλους DSTMS με αντλία λέιζερ Yb για να δημιουργήσει terahertz ισχυρού πεδίου. Σχεδιάζοντας την αντιστοίχιση φάσης της ζώνης terahertz και βελτιστοποιώντας το πλάτος του παλμού λέιζερ της αντλίας και την πυκνότητα ισχύος, η ομάδα απέκτησε κύμα terahertz ισχυρού πεδίου με ενέργεια απλού παλμού 0,4 μJ και ένταση πεδίου αιχμής 236 kV/cm. με φάσμα που καλύπτει 0.1-6 THz, και η απόδοση μετατροπής ενέργειας του κύματος laser-terahertz έφτασε το 0,22%. Τα παραπάνω πειράματα έχουν επαληθεύσει τη σκοπιμότητα των οργανικών κρυστάλλων που αντλούνται με λέιζερ Yb για τη δημιουργία κυμάτων terahertz ισχυρού πεδίου υψηλής ισχύος σε επίπεδο milliwatt, παρέχοντας μια νέα ολοκληρωμένη λύση πηγής φωτός terahertz για επιστημονική έρευνα και προώθηση εφαρμογών σε συναφή πεδία.
Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Πρόγραμμα Έρευνας και Ανάπτυξης κλειδιού της Κίνας, το Εθνικό Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών της Κίνας και το Πρόγραμμα Ανάπτυξης Οργάνων της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών.

Σχήμα 1. Δημιουργία και χαρακτηρισμός κυμάτων terahertz ισχυρού πεδίου (α) πειραματική οπτική διαδρομή. (β) κυματομορφές και φάσματα πεδίου χρόνου terahertz (το ένθετο δείχνει το εστιακό σημείο terahertz).

Εικ. 2. Ταίριασμα φάσης κύματος λέιζερ-τεραχερτζ (α) δείκτες διάθλασης κρυστάλλων DSTMS στις ζώνες υπερύθρων και τεραχερτζ. β) εξάρτηση της συχνότητας terahertz, του μήκους συνοχής, κ.λπ., από το μήκος κύματος του λέιζερ της αντλίας· γ) μήκος συνοχής terahertz στο μήκος κύματος του λέιζερ αντλίας 1030 nm. και (δ) χαρακτηριστικά απορρόφησης των κρυστάλλων DSTMS στις ζώνες υπέρυθρων και terahertz.