上海光学精密機械研究所（SIPM）、Ybレーザーに基づく新しいテラヘルツ光源の研究が進展

最近、中国科学院（CAS）上海光精密機械研究所（SIPMR）の強場レーザー物理国家重点研究室は、Ybレーザー励起有機結晶に基づく強場テラヘルツ波の生成において新たな進歩を遂げました。関連する研究結果は、「1030nm Ybレーザー励起DSTMS結晶からの効率的な強場テラヘルツ波生成」というタイトルでApplied Physicsに掲載されました。Applied Physics Lettersに掲載されました。
DASTやDSTMSなどの有機結晶は、ZnTeやLiNbO3などの無機結晶と比較して、テラヘルツ帯での非線形係数が高く、吸収係数が低い。これまでの研究では、より良い位相整合とより高いテラヘルツ変換効率を達成するために、一般的に1200〜1700 nmの波長の赤外線超短パルスレーザーが有機結晶のポンピングに使用されていました。しかし、この波長帯で高エネルギーの超短レーザーパルスを得るには、OP（CP）Aなどの技術を使用した周波数変換が必要であり、エネルギー変換効率とシステム安定性が大幅に低下するだけでなく、機器のコストと複雑さも増加します。近年、超高速Ybレーザーは、低コスト、高出力、小型化の利点があるため、科学研究コミュニティと産業界から重視されています。結晶を直接駆動するYbレーザーによるテラヘルツ波の発生は、統合テラヘルツ源の開発のアイデアを提供し、関連する科学研究と応用分野の発展の機会をもたらします。
本研究では、超短パルスレーザーで有機結晶光整流を励起してテラヘルツ波を生成するための位相整合条件について説明し、テラヘルツ周波数、コヒーレンス長などの励起レーザーへの依存性を分析します。研究チームは、Ybレーザー励起有機結晶DSTMSを利用して強電場テラヘルツを発生させました。テラヘルツ帯の位相整合を設計し、励起レーザーのパルス幅と電力密度を最適化することで、単一パルスエネルギー0.4μJ、ピーク電場強度236kV/cm、スペクトル範囲0.1-6THzの強電場テラヘルツ波が得られ、レーザーテラヘルツ波のエネルギー変換効率は0.22%に達しました。 上記の実験により、Ybレーザー励起有機結晶がミリワットレベルの高出力強電場テラヘルツ波を生成できることが検証され、関連分野の科学研究と応用促進のための新しい統合テラヘルツ光源ソリューションが提供されることになります。
この研究は、中国国家重点研究開発計画、中国国家自然科学基金、中国科学院計測機器開発計画によって支援されました。

図 1. 強電界テラヘルツ波の発生と特性評価 (a) 実験光路、(b) テラヘルツ時間領域波形とスペクトル (挿入図はテラヘルツ焦点を示しています)。

図 2. レーザー-テラヘルツ波位相整合 (a) 赤外線およびテラヘルツ帯における DSTMS 結晶の屈折率、(b) テラヘルツ周波数、コヒーレンス長などのポンプレーザー波長への依存性、(c) ポンプレーザー波長 1030 nm におけるテラヘルツコヒーレンス長、(d) 赤外線およびテラヘルツ帯における DSTMS 結晶の吸収特性。