L'Institut d'optique et de machines de précision de Shanghai (SIPM) progresse dans la recherche d'une nouvelle source térahertz basée sur le laser Yb

Récemment, le laboratoire national de physique laser à champ fort de l'Institut de recherche optique et mécanique de précision de Shanghai (SIPMR), Académie chinoise des sciences (CAS), a réalisé de nouveaux progrès dans la génération d'ondes térahertz à champ fort basées sur des cristaux organiques pompés par laser Yb. Les résultats de recherche associés ont été publiés dans Applied Physics sous le titre « Génération efficace de THz à champ fort à partir de cristaux DSTMS pompés par laser Yb à 1030 nm ». publié dans Applied Physics Letters.
Français Comparés aux cristaux inorganiques tels que ZnTe et LiNbO3, les cristaux organiques tels que DAST et DSTMS ont des coefficients non linéaires plus élevés et des coefficients d'absorption plus faibles dans la bande térahertz. Dans les études précédentes, un laser à impulsions ultracourtes infrarouge d'une longueur d'onde de 1200 à 1700 nm était généralement utilisé pour pomper les cristaux organiques afin d'obtenir une meilleure correspondance de phase et une efficacité de conversion térahertz plus élevée. Cependant, l'obtention d'impulsions laser ultracourtes à haute énergie dans cette bande de longueur d'onde nécessite une conversion de fréquence à l'aide de techniques telles que OP(CP)A, ce qui non seulement réduit considérablement l'efficacité de conversion d'énergie et la stabilité du système, mais améliore également le coût et la complexité de l'équipement. Ces dernières années, les lasers Yb ultrarapides ont été mis en avant par la communauté de recherche scientifique et l'industrie pour leurs avantages en termes de faible coût, de puissance élevée et de miniaturisation. La génération d'ondes térahertz avec un laser Yb entraînant directement un cristal fournit une idée pour le développement d'une source térahertz intégrée et offre une opportunité pour le développement de domaines de recherche et d'application scientifiques connexes.
Cette étude décrit les conditions de correspondance de phase pour la génération d'ondes térahertz par photorectification par pompage de cristaux organiques avec un laser à impulsions ultracourtes, et analyse la dépendance de la fréquence térahertz, de la longueur de cohérence, etc. sur le laser de pompage. L'équipe de recherche a utilisé un DSTMS à cristal organique pompé par laser Yb pour générer des térahertz à champ fort. En concevant la correspondance de phase de la bande térahertz et en optimisant la largeur d'impulsion et la densité de puissance du laser de pompage, l'équipe a obtenu une onde térahertz à champ fort avec une énergie d'impulsion unique de 0,4 μJ et une intensité de champ maximale de 236 kV/cm, avec un spectre couvrant 0,1-6 THz, et l'efficacité de conversion énergétique de l'onde laser-térahertz a atteint 0,22 %. Les expériences ci-dessus ont vérifié la faisabilité des cristaux organiques pompés par laser Yb pour générer des ondes térahertz à champ fort de haute puissance de niveau milliwatt, fournissant une nouvelle solution de source lumineuse térahertz intégrée pour la recherche scientifique et la promotion des applications dans les domaines connexes.
Ce travail a été soutenu par le Programme national de recherche et développement de Chine, la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine et le Programme de développement d'instrumentation de l'Académie chinoise des sciences.

Figure 1. Génération et caractérisation des ondes térahertz en champ fort (a) trajet optique expérimental ; (b) formes d'onde et spectres du domaine temporel térahertz (l'encart montre le point focal térahertz).

Fig. 2. Adaptation de phase d'onde laser-térahertz (a) indices de réfraction des cristaux DSTMS dans les bandes infrarouge et térahertz ; (b) dépendance de la fréquence térahertz, de la longueur de cohérence, etc., sur la longueur d'onde du laser de pompage ; (c) longueur de cohérence térahertz à la longueur d'onde du laser de pompage de 1030 nm ; et (d) caractéristiques d'absorption des cristaux DSTMS dans les bandes infrarouge et térahertz.