上海光機所在基于Yb激光的新型太赫茲源研究中取得進展

近日，中科院上海光機所強場激光物理國家重點實驗室在基于Yb激光泵浦有機晶體產生強場太赫茲波方面取得新進展。相關研究成果以 “Efficient strong-field THz generation from DSTMS crystal pumped by 1030nm Yb-laser” 為題發(fā)表在Applied Physics Letters上。

相比于ZnTe、LiNbO3等無機晶體，DAST、DSTMS等有機晶體在太赫茲頻段具有更高的非線性系數(shù)和更低的吸收系數(shù)。在之前的研究中，一般采用波長1200至1700nm的紅外超短脈沖激光泵浦有機晶體，以實現(xiàn)更好的相位匹配，獲得更高的太赫茲轉化效率。然而，獲得這一波段的高能量超短激光脈沖需要利用OP(CP)A等技術進行頻率轉換，這不但大大降低了能量轉化效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性，而且提高了設備成本和復雜度。近年來，超快Yb激光因其在低成本、高功率、小型化等方面的優(yōu)勢受到科研界和工業(yè)界的重視。以Yb激光直接驅動晶體產生太赫茲波，為集成化太赫茲源的開發(fā)提供了思路，也為相關科學研究和應用領域的發(fā)展帶來契機。

本研究闡述了超短脈沖激光泵浦有機晶體光整流產生太赫茲波的相位匹配條件，并分析了太赫茲頻率、相干長度等與泵浦激光的依賴關系。研究團隊利用Yb激光泵浦有機晶體DSTMS產生強場太赫茲。通過設計太赫茲波段相位匹配，優(yōu)化泵浦激光脈沖寬度和功率密度等條件，獲得單脈沖能量0.4 μJ，峰值場強236 kV/cm的強場太赫茲波，頻譜覆蓋0.1-6 THz，激光-太赫茲波能量轉化效率達到0.22%。以上相關實驗驗證了Yb激光泵浦有機晶體產生毫瓦級高功率強場太赫茲波的可行性，為相關領域的科學研究和應用推廣提供一種新型的集成化太赫茲光源方案。

圖片:W020240408364063364042_ORIGIN.png

圖1. 強場太赫茲波的產生和表征 (a)實驗光路；(b)太赫茲時域波形和頻譜（插圖為太赫茲焦斑）。

圖片:W020240408364063757006_ORIGIN.png

圖2. 激光-太赫茲波相位匹配 (a)DSTMS晶體在紅外波段和太赫茲波段的折射率；(b)太赫茲頻率、相干長度等與泵浦激光波長的依賴關系；(c)泵浦激光波長為1030 nm時的太赫茲相干長度；(d)DSTMS晶體在紅外和太赫茲波段的吸收特性。

相關工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金項目、中國科學院儀器設備研制項目等支持。

相關鏈接：https://doi.org/10.1063/5.0190109