효율적인 테라헤르츠파 생성을 위한 광학 박막 코팅 유기 비선형 결정체

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 15082(2022) 이 기사 인용

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비선형 광학결정에서 적외선 펨토초 펄스의 광정류를 통해 테라헤르츠(THz)파를 생성하는 과정에서 테라헤르츠파의 전력은 광펌프 전력의 제곱에 정비례합니다. 따라서 결정이 높은 레이저 유도 손상 임계값과 광학적 비선형 계수를 모두 갖는다면 고출력 펨토초 레이저를 사용하여 고출력 테라헤르츠파를 생성할 수 있습니다. 그러나 공기 결정 경계에서의 프레넬 반사로 인해 이 과정에서 상당한 양의 펌프 전력이 손실됩니다. 본 논문에서는 4-N, N-디메틸아미노-4'-N'-메틸-스틸바졸륨 토실레이트(DAST) 결정 위에 Cytop이라는 광학 박막 코팅이 펌프 전력의 반사 손실을 효과적으로 감소시키는 것을 수치적, 실험적으로 입증합니다. , 이로써 DAST 결정의 THz 파 방출 효율이 증가합니다. 우리는 동일한 양의 레이저 전력이 사용될 때 박막 코팅된 결정에서 방출되는 THz 파의 평균 전력이 코팅되지 않은 결정에서 방출되는 THz 전력보다 약 28% 더 높다는 것을 발견했습니다. 박막 코팅된 DAST 결정은 테라헤르츠 측정 시스템뿐만 아니라 변조기 및 도파관과 같은 광학 장치에도 사용할 수 있습니다.

The applications of terahertz (THz) wave have been expanding at an enormous speed in various fields such as biomedical engineering, non-destructive testing, high speed communication and ultrafast spectroscopy1,2,3,4. In these applications, it is important to use a highly efficient terahertz wave source to improve the performance of the measurement system. Various sources such as photoconductive antenna5, non-linear optical crystals6, quantum cascade lasers7 have been developed to emit terahertz wave. Moreover, other sources based on laser plasma interaction8, terahertz spintronics9 and terahertz superconductors10 are also being investigated. Among them, nonlinear optical crystals are very promising for broadband THz wave generation via optical rectification zinc-blende crystals. App. Phys. Lett. 64, 1324–1326 (1994)." href="/articles/s41598-022-17893-7#ref-CR11" id="ref-link-section-d65119338e574"> 11, 차 주파수 생성12 및 광학 매개변수 프로세스13. 특히, 비선형 광학 결정에서 펨토초(fs) 레이저 펄스의 광학 정류는 광대역 및 고출력 THz파를 방출하는 능력으로 인해 특별한 주목을 받았습니다.

무기 결정과 유기 결정 모두 광학 정류를 통한 THz 파 생성에 사용되었습니다. 예를 들어 니오브산 리튬은 고출력 THz파14,15를 생성할 수 있는 잘 알려진 무기 비선형 광학 결정입니다. 마찬가지로, Zinc Telluride16,17,18, Gallium Phosphide19 및 Gallium Arsenide20도 광대역 THz 파를 방출하는 데 널리 사용되었습니다. 그러나 이러한 결정은 적당한 비선형 계수로 인해 변환 효율이 낮고 레이저 펄스의 기울어진 전면을 통해 니오브산 리튬 결정을 사용하는 THz 파 생성의 경우와 같이 시스템 복잡성이 증가하는 등의 제한 사항이 있습니다. 이러한 무기 결정과 비교하여 DAST, HMQ-TMS, DSTMS, OH1 및 BNA와 같은 유기 결정은 높은 비선형 광학 계수로 인해 높은 광학에서 THz로의 변환 효율, 낮은 특성으로 인해 우수한 THz 소스임이 입증되었습니다. 테라헤르츠 파 흡수 및 동일선형 위상 정합 기하학으로 인해 상대적으로 간단한 측정 시스템입니다. 이러한 유기 결정 중에서 DAST는 높은 광학 비선형 계수(d11 = 290 ± 55 pm/V at λ = 1.5 μm), 낮은 광학 및 테라헤르츠 파로 인해 THz 파 생성에 널리 사용되는 유기 결정 중 하나입니다. 흡수 및 높은 레이저 유도 손상된 임계값27,28,29. 더욱이, 이 결정은 파장이 1.5 μm30,31인 잘 확립되고 널리 사용되는 통신 광섬유 레이저로 펌핑될 수 있습니다.