Изменение энергии выходного терагерцового импульса в зависимости от (а) энергии лазера накачки в различных газах и (б) угла наклона α-BBO в аргоне. На верхней оси (b) представлена ​​временная задержка между двухцветными лазерными лучами, вызванная углом наклона β-BBO. Кредит: ОЭА

В новой публикации Opto-Electronic Advances рассматривается лазерный импульс мощностью более 20 мкДж ТГц, генерируемый на частоте 1 кГц в газовой среде.

Терагерцовая (ТГц) наука и технология привлекли к себе пристальное внимание ученых со всего мира в течение последних 20 лет из-за их потенциального потенциала применения в области изображений безопасности, медицинской диагностики, военных, беспроводной связи и астрономии. Однако разработка мощного широкополосного источника терагерцового излучения оказалась сложной задачей в вышеупомянутых областях.

Среди различных источников терагерцового излучения источник терагерцового излучения на основе фемтосекундного лазерного филамента обладает преимуществами широкополосности (~200 ТГц), большой амплитуды (100 МВ/см) и отсутствия ограничения порога повреждения. Кроме того, метод ТГц генерации, основанный на фемтосекундной лазерной филаментации, удерживает ТГц волну внутри филамента, что позволяет устранить дифракцию и поглощение при распространении ТГц волны в атмосфере и сделать возможной дистанционную доставку ТГц волны.

Схема ТГц генерации на основе филаментации двухцветного фемтосекундного лазера имеет более высокую эффективность преобразования энергии, чем схема с использованием одноцветного фемтосекундного лазера. В этой схеме на интенсивность, ширину полосы, поляризацию и другие характеристики терагерцового излучения могут влиять многие параметры лазера, включая временную задержку, дисперсию, поляризацию, длину волны, пространственное отклонение двухцветных полей. Даже виды окружающего газа также играют решающую роль. Чтобы разработать эффективный источник терагерцового излучения, необходимо тщательно спроектировать все эти параметры и управлять ими.

Исследовательская группа под руководством профессора Вэйвэя Лю из Нанкайского университета использовала фемтосекундный лазер с энергией одиночного импульса 6 мДж для создания двухцветной лазерной филаментации путем удвоения частоты основного лазера через кристалл β-BBO. Двухцветные лазерные лучи обеспечивают идеальное пространственно-временное перекрытие благодаря наклонному кристаллу α-BBO. Между тем, пластина с двумя длинами волн использовалась для того, чтобы двухцветные лазерные лучи имели одинаковую поляризацию. Энергия ТГц импульса, генерируемого лазерной нитью в аргоне, может достигать 21 мкДж, а соответствующий КПД ТГц преобразования достигает 0,35%.

В данной работе экспериментально исследовано влияние частиц окружающего газа на эффективность терагерцовой генерации с помощью двухцветной лазерной филаментации. Экспериментальные результаты показывают, что наибольшая эффективность преобразования ТГц излучения достигается в аргоне. Также была исследована взаимосвязь между углом наклона α-BBO и генерируемой ТГц мощностью в аргоне. α-BBO с оптимальным углом наклона и заданной толщиной может одновременно компенсировать временную задержку и пространственное отклонение двухцветных лазерных лучей, играя решающую роль в повышении эффективности генерации терагерцовой волны. Эта исследовательская работа совершила прорыв в эффективности преобразования энергии терагерцовой волны, генерируемой двухцветным фемтосекундным лазером .филаментации, что имеет большое значение для изучения высокоинтенсивных терагерцовых источников и изучения взаимодействия сильного терагерцового пучка с материалами.