معهد شنغهاي للبصريات والآلات الدقيقة (SIPM) يحقق تقدمًا في البحث عن مصدر تيراهرتز جديد يعتمد على ليزر Yb

في الآونة الأخيرة، حقق مختبر الدولة الرئيسي لفيزياء الليزر ذي المجال القوي التابع لمعهد شنغهاي للدقة البصرية والبحوث الميكانيكية (SIPMR)، التابع للأكاديمية الصينية للعلوم (CAS)، تقدمًا جديدًا في توليد موجات تيراهرتز ذات المجال القوي بناءً على بلورات عضوية مضخوخة بالليزر Yb. وقد نُشرت نتائج البحث ذات الصلة في مجلة Applied Physics تحت عنوان "توليد تيراهرتز ذات المجال القوي بكفاءة من بلورة DSTMS مضخوخة بواسطة ليزر Yb بطول موجة 1030 نانومتر". ونُشرت في مجلة Applied Physics Letters.
بالمقارنة مع البلورات غير العضوية مثل ZnTe وLiNbO3، فإن البلورات العضوية مثل DAST وDSTMS لها معاملات غير خطية أعلى ومعاملات امتصاص أقل في نطاق التيراهرتز. في الدراسات السابقة، تم استخدام ليزر نبضي فائق السرعة بالأشعة تحت الحمراء بطول موجي يتراوح من 1200 إلى 1700 نانومتر بشكل عام لضخ البلورات العضوية من أجل تحقيق مطابقة طور أفضل وكفاءة تحويل تيراهرتز أعلى. ومع ذلك، فإن الحصول على نبضات ليزر فائقة السرعة عالية الطاقة في نطاق الطول الموجي هذا يتطلب تحويل التردد باستخدام تقنيات مثل OP(CP)A، والتي لا تقلل بشكل كبير من كفاءة تحويل الطاقة واستقرار النظام فحسب، بل تعمل أيضًا على تحسين تكلفة المعدات وتعقيدها. في السنوات الأخيرة، أكد مجتمع البحث العلمي والصناعة على ليزر Yb فائق السرعة لمزاياه في التكلفة المنخفضة والطاقة العالية والتصغير. إن توليد موجات تيراهرتز باستخدام ليزر Yb الذي يحرك البلورة مباشرة يوفر فكرة لتطوير مصدر تيراهرتز متكامل، ويجلب فرصة لتطوير مجالات البحث العلمي والتطبيق ذات الصلة.
تتناول هذه الدراسة شروط مطابقة الطور لتوليد موجات تيراهرتز عن طريق ضخ تصحيح ضوئي بلوري عضوي باستخدام ليزر نبضي فائق القصر، وتحليل اعتماد تردد تيراهرتز وطول التماسك وما إلى ذلك على ليزر الضخ. استخدم فريق البحث بلورة عضوية مضخوخة بالليزر Yb DSTMS لتوليد تيراهرتز قوية المجال. من خلال تصميم مطابقة الطور لنطاق تيراهرتز وتحسين عرض نبضة ليزر المضخة وكثافة الطاقة، حصل الفريق على موجة تيراهرتز قوية المجال مع طاقة نبضة واحدة تبلغ 0.4 μJ وقوة مجال ذروة تبلغ 236 كيلو فولت/سم، مع طيف يغطي 0.1-6 تيراهرتز، ووصلت كفاءة تحويل الطاقة لموجة الليزر-تيراهرتز إلى 0.22%. وقد أثبتت التجارب المذكورة أعلاه جدوى استخدام بلورات عضوية مضخوخة بالليزر Yb لتوليد موجات تيراهرتز قوية عالية الطاقة بمستوى الملي واط، مما يوفر حلاً جديدًا لمصدر ضوء تيراهرتز متكامل للبحث العلمي وتعزيز التطبيق في المجالات ذات الصلة.
تم دعم هذا العمل من قبل البرنامج الوطني الرئيسي للبحث والتطوير في الصين، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين، وبرنامج تطوير الأجهزة التابع للأكاديمية الصينية للعلوم.

الشكل 1. توليد وتوصيف موجات تيراهرتز ذات المجال القوي (أ) المسار البصري التجريبي؛ (ب) أشكال الموجات الطيفية لمجال تيراهرتز الزمني (يُظهر الشكل المدرج نقطة بؤرية لتردد تيراهرتز).

الشكل 2. مطابقة طور موجة الليزر-التيراهرتز (أ) مؤشرات الانكسار لبلورات DSTMS في نطاقات الأشعة تحت الحمراء والتيراهرتز؛ (ب) اعتماد تردد التيراهرتز وطول التماسك، وما إلى ذلك، على الطول الموجي لليزر المضخة؛ (ج) طول التماسك التيراهرتز عند طول موجة ليزر المضخة 1030 نانومتر؛ و(د) خصائص الامتصاص لبلورات DSTMS في نطاقات الأشعة تحت الحمراء والتيراهرتز.