El Instituto de Óptica y Maquinaria de Precisión de Shanghái (SIPM) avanza en la investigación de una nueva fuente de terahercios basada en láser Yb

Recientemente, el Laboratorio Estatal Clave de Física de Láseres de Campo Fuerte del Instituto de Investigación Mecánica y de Precisión Óptica de Shanghái (SIPMR), de la Academia de Ciencias de China (CAS), ha logrado nuevos avances en la generación de ondas de terahercios de campo fuerte basadas en cristales orgánicos bombeados con láser Yb. Los resultados de la investigación relacionada se publicaron en Applied Physics bajo el título de "Generación eficiente de THz de campo fuerte a partir de cristales DSTMS bombeados por láser Yb de 1030 nm". publicado en Applied Physics Letters.
En comparación con los cristales inorgánicos como ZnTe y LiNbO3, los cristales orgánicos como DAST y DSTMS tienen coeficientes no lineales más altos y coeficientes de absorción más bajos en la banda de terahercios. En estudios anteriores, generalmente se utilizó un láser pulsado ultracorto infrarrojo con una longitud de onda de 1200 a 1700 nm para bombear los cristales orgánicos con el fin de lograr una mejor coincidencia de fase y una mayor eficiencia de conversión de terahercios. Sin embargo, la obtención de pulsos láser ultracortos de alta energía en esta banda de longitud de onda requiere una conversión de frecuencia utilizando técnicas como OP(CP)A, que no solo reduce en gran medida la eficiencia de conversión de energía y la estabilidad del sistema, sino que también mejora el costo y la complejidad del equipo. En los últimos años, la comunidad de investigación científica y la industria han enfatizado los láseres Yb ultrarrápidos por sus ventajas en bajo costo, alta potencia y miniaturización. La generación de ondas de terahercios con un láser Yb que impulsa directamente un cristal proporciona una idea para el desarrollo de una fuente de terahercios integrada y brinda una oportunidad para el desarrollo de la investigación científica y los campos de aplicación relacionados.
Este estudio describe las condiciones de coincidencia de fase para generar ondas de terahercios mediante la fotorectificación de bombeo de cristales orgánicos con láser de pulso ultracorto, y analiza la dependencia de la frecuencia de terahercios, la longitud de coherencia, etc. en el láser de bombeo. El equipo de investigación utilizó DSTMS de cristal orgánico bombeado con láser Yb para generar terahercios de campo fuerte. Al diseñar la coincidencia de fase de la banda de terahercios y optimizar el ancho de pulso del láser de bombeo y la densidad de potencia, el equipo obtuvo una onda de terahercios de campo fuerte con una energía de pulso único de 0,4 μJ y una intensidad de campo pico de 236 kV/cm, con un espectro que cubre 0,1-6 THz, y la eficiencia de conversión de energía de la onda láser-terahercio alcanzó el 0,22%. Los experimentos anteriores han verificado la viabilidad de los cristales orgánicos bombeados con láser Yb para generar ondas de terahercios de campo fuerte de alta potencia a nivel de milivatios, proporcionando una nueva solución de fuente de luz de terahercios integrada para la investigación científica y la promoción de aplicaciones en campos relacionados.
Este trabajo fue apoyado por el Programa Nacional de Investigación y Desarrollo Clave de China, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y el Programa de Desarrollo de Instrumentación de la Academia de Ciencias de China.

Figura 1. Generación y caracterización de ondas de terahercios de campo fuerte (a) trayectoria óptica experimental; (b) formas de onda y espectros del dominio del tiempo de terahercios (el recuadro muestra el punto focal de terahercios).

Fig. 2. Coincidencia de fases de ondas láser-terahercios (a) índices de refracción de cristales DSTMS en las bandas infrarroja y de terahercios; (b) dependencia de la frecuencia de terahercios, longitud de coherencia, etc., de la longitud de onda del láser de bombeo; (c) longitud de coherencia de terahercios en la longitud de onda del láser de bombeo de 1030 nm; y (d) características de absorción de cristales DSTMS en las bandas infrarroja y de terahercios.