Variazione dell'energia dell'impulso THz in uscita in funzione di (a) pompaggio di energia laser in diversi gas e (b) angolo di inclinazione di α-BBO in argon. L'asse superiore di (b) presenta il ritardo tra i raggi laser a doppio colore indotti dall'angolo di inclinazione di β-BBO. Credito:OEA
Una nuova pubblicazione da Opto-Electronic Advances considera un impulso laser di oltre 20 μJ THz generato a 1 kHz in mezzi gassosi.
La scienza e la tecnologia di Terahertz (THz) hanno ricevuto un'ampia attenzione da parte di ricercatori scientifici di tutto il mondo negli ultimi 20 anni a causa del suo potenziale potenziale applicativo nell'imaging di sicurezza, nella diagnosi medica, nell'esercito, nelle comunicazioni wireless e nell'astronomia. Tuttavia, lo sviluppo di sorgenti di radiazioni THz a banda larga ad alta potenza è stato un compito impegnativo nei campi sopra menzionati.
Tra le varie sorgenti di radiazione THz, la sorgente di radiazione THz basata su filamento laser a femtosecondi presenta i vantaggi di banda larga (~200 THz), ampiezza elevata (100 MV/cm) e nessuna limitazione della soglia di danno. Inoltre, il metodo di generazione THz basato sulla filamentazione laser a femtosecondi confina l'onda THz all'interno del filamento, che può eliminare la diffrazione e l'assorbimento durante la propagazione dell'onda THz nell'atmosfera e rendere possibile l'erogazione a distanza dell'onda THz.
Lo schema di generazione THz basato sulla filamentazione laser a femtosecondi a doppio colore ha un'efficienza di conversione dell'energia maggiore rispetto a quella che utilizza il laser a femtosecondi a colore singolo. In questo schema, l'intensità, la larghezza di banda, la polarizzazione e altre caratteristiche della radiazione THz possono essere influenzate da molti parametri laser tra cui il ritardo temporale, la dispersione, la polarizzazione, la lunghezza d'onda, la deviazione spaziale dei campi a doppio colore. Anche le specie di gas ambiente svolgono un ruolo cruciale. Per sviluppare una sorgente di radiazione THz efficiente, tutti questi parametri devono essere attentamente progettati e manipolati.
Il gruppo di ricerca guidato dal Prof. Weiwei Liu dell'università di Nankai ha utilizzato un laser a femtosecondi con un'energia di impulso singolo di 6 mJ per generare la filamentazione laser a doppio colore raddoppiando la frequenza del laser fondamentale tramite un cristallo β-BBO. I raggi laser a due colori raggiungono la perfetta sovrapposizione spazio-temporale attraverso un cristallo α-BBO inclinato. Nel frattempo, è stata utilizzata una piastra a doppia lunghezza d'onda per fare in modo che i raggi laser a doppio colore abbiano la stessa polarizzazione. L'energia dell'impulso THz generato dal filamento laser in argon può arrivare fino a 21 μJ e l'efficienza di conversione THz corrispondente raggiunge lo 0,35%.
In questo lavoro, è stata studiata sperimentalmente l'influenza delle specie di gas ambiente sull'efficienza di generazione di THz da parte della filamentazione laser a doppio colore. I risultati sperimentali mostrano che la massima efficienza di conversione della radiazione THz si ottiene nel gas argon. È stata anche studiata la relazione tra l'angolo di inclinazione di α-BBO e la potenza THz generata in argon. α-BBO con un angolo di inclinazione ottimale e uno spessore pre-progettato può compensare contemporaneamente il ritardo temporale e lo spostamento spaziale dei raggi laser a due colori, svolgendo un ruolo fondamentale nel migliorare l'efficienza di generazione dell'onda THz. Questo lavoro di ricerca ha raggiunto una svolta nell'efficienza di conversione dell'energia dell'onda THz generata dalla filamentazione laser a femtosecondi a due colori, che è di grande importanza per lo studio di sorgenti THz ad alta intensità e l'esplorazione dell'interazione tra fascio di THz forte e materiali . + Esplora ulteriormente
