上海光机所在集成化高重频太赫兹光源研究方面取得进展

图1. (a)太赫兹产生和探测实验装置图，(b)展宽前(青色)和展宽后(品红色)的激光光谱，(c)压缩后激光脉冲宽度(蓝色)和相位(橙色)。

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室研究团队在集成化高重频太赫兹光源研究方面取得新进展。相关的研究成果以 “Collinear terahertz generation from LiNbO3 wafer driven by an ultrafast Yb-laser” 为题发表在IEEE Photonics Journal。

太赫兹波是波长介于微波和红外光之间的电磁辐射，在生物成像、高速通信、基础科学研究等方面具有重要价值。传统的太赫兹产生方案一般具有设备复杂、应用条件苛刻、造价高昂等缺点，集成化高重频太赫兹光源的发展将大大推动其在更广泛领域中的应用。近年来超快Yb激光技术的快速进步和应用普及为集成化高重频太赫兹光源的发展带来契机。

研究人员以固体Yb激光驱动，利用飞秒激光脉冲共线泵浦铌酸锂晶体薄片，实现集成化、高重频、宽带太赫兹辐射，能量转化效率约0.02 %，频谱覆盖0.1-6 THz，重频10 kHz(实验装置如图1，实验结果如图2)。通过系统研究晶体光整流产生太赫兹脉冲的相位匹配条件及相干长度与产生频率和泵浦波长的依赖关系，获得了最佳晶体厚度及匹配带宽(如图3)。这一研究证实了超快Yb激光共线泵浦铌酸锂(Lithium Niobate，LiNbO3)薄片在产生高重频太赫兹波方面的巨大潜力，为太赫兹物质检测、太赫兹成像及物态调控研究等应用提供了集成化驱动光源。

相关工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院基础研究青年科学家项目、中国科学院上海分院-上海基础研究试点项目等资助。

图2. (a)不同厚度的铌酸锂薄片产生的太赫兹时域波形和(b)对应的频谱

图3. LiNbO3晶体的光学特性 (a)相干长度与产生太赫兹频率和泵浦波长的依赖关系，白色虚线代表泵浦波长为1030 nm，(b)泵浦波长为1030 nm时，不同太赫兹频率对应的相干长度，插图表示0-6 THz的相干长度，(c)太赫兹波段的折射率(蓝色实线)和吸收系数(黑色实线)，青色虚线表示在1030 nm处的光群折射率，(d)LiNbO3晶体在太赫兹波段的非线性系数。

审核编辑 黄宇