RU175818U1 - SOURCE OF NARROW-BAND THERAHZER RADIATION PROCESSED IN A LITHIUM NIOBATE CRYSTAL IN THE DIRECTION OF REVERSE THE EXTENSION OF EXCITING ULTRASHORT LASER PULSES - Google Patents

SOURCE OF NARROW-BAND THERAHZER RADIATION PROCESSED IN A LITHIUM NIOBATE CRYSTAL IN THE DIRECTION OF REVERSE THE EXTENSION OF EXCITING ULTRASHORT LASER PULSES Download PDF

Info

Publication number
RU175818U1
RU175818U1 RU2017109755U RU2017109755U RU175818U1 RU 175818 U1 RU175818 U1 RU 175818U1 RU 2017109755 U RU2017109755 U RU 2017109755U RU 2017109755 U RU2017109755 U RU 2017109755U RU 175818 U1 RU175818 U1 RU 175818U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
terahertz
plate
single crystal
laser
exciting
Prior art date
Application number
RU2017109755U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Иванович Бакунов
Евгений Александрович Машкович
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского"
Priority to RU2017109755U priority Critical patent/RU175818U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU175818U1 publication Critical patent/RU175818U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35Non-linear optics
    • G02F1/353Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35Non-linear optics
    • G02F1/355Non-linear optics characterised by the materials used
    • G02F1/3551Crystals
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2/00Demodulating light; Transferring the modulation of modulated light; Frequency-changing of light
    • G02F2/02Frequency-changing of light, e.g. by quantum counters

Landscapes

  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области оптического приборостроения и касается источника узкополосного терагерцового излучения. Источник включает в себя фемтосекундный лазер с линейно-поляризованным импульсным излучением, оптико-терагерцовый преобразователь и делитель для разделения лазерного и терагерцового излучений. Оптико-терагерцовый преобразователь выполнен в виде пластины, сориентированной поверхностью одной из ее сторон с возможностью воздействия на нее лазерных импульсов и изготовленной из монокристалла ниобата лития с длиной прохождения лазерных импульсов в данном монокристалле, превышающей длину поглощения в нем терагерцового излучения. Кристаллографическая ось [100] монокристалла ниобата лития лежит в плоскости входной поверхности пластины и образует угол 45° с направлением вектора поляризации возбуждающего лазерного луча, а кристаллографическая ось [001] этого монокристалла образует с входной поверхностью пластины угол, выбираемый из интервала 50-69°. Технический результат заключается в повышении эффективности преобразования, увеличении соотношения сигнал/шум и сужении спектральной ширины линии излучения. 3 з.п. ф-лы. 5 ил.The utility model relates to the field of optical instrumentation and relates to a source of narrow-band terahertz radiation. The source includes a linearly polarized pulsed femtosecond laser, an optical terahertz converter, and a divider for separating laser and terahertz radiation. The terahertz optical converter is made in the form of a plate oriented by the surface of one of its sides with the possibility of laser pulses acting on it and made of lithium niobate single crystal with a laser pulse propagation length in this single crystal exceeding the absorption length of terahertz radiation in it. The crystallographic axis [100] of a lithium niobate single crystal lies in the plane of the input surface of the plate and forms an angle of 45 ° with the direction of the polarization vector of the exciting laser beam, and the crystallographic axis [001] of this single crystal forms an angle with the input surface of the plate from a range of 50-69 °. The technical result consists in increasing the conversion efficiency, increasing the signal-to-noise ratio and narrowing the spectral width of the radiation line. 3 s.p. f-ly. 5 ill.

Description

Полезная модель относится к источникам узкополосного терагерцового излучения и может быть использована для высокочувствительного оборудования спектроскопии, микроскопии и имиджинга.The utility model relates to sources of narrow-band terahertz radiation and can be used for highly sensitive equipment for spectroscopy, microscopy, and imaging.

Одна из самых распространенных техник генерации узкополосного терагерцового излучения, имеющая наиболее близкое отношение к заявляемому источнику терагерцового излучения, основана на оптическом выпрямлении фемтосекундных лазерных импульсов в электрооптических кристаллах.One of the most common techniques for generating narrow-band terahertz radiation, which is most closely related to the claimed terahertz radiation source, is based on the optical rectification of femtosecond laser pulses in electro-optical crystals.

В данной технике электрооптический кристалл облучают фемтосекундными лазерными импульсами, которые при распространении в указанном кристалле наводят в нем нелинейную поляризацию, которая излучает терагерцовое излучение (см. работу на английском языке автора G. Kh. Kitaeva «Terahertz generation by means of optical lasers» - LASER PHYS. LETT. 2008, v. 5, p. 559).In this technique, an electro-optical crystal is irradiated with femtosecond laser pulses, which, when propagated in the indicated crystal, induce non-linear polarization in it, which emits terahertz radiation (see the work in English by G. Kh. Kitaeva “Terahertz generation by means of optical lasers” - LASER PHYS. LETT. 2008, v. 5, p. 559).

Источники, основанные на данной технике, состоят из фемтосекундного лазера, излучающего лазерные импульсы, оптико-терагерцового преобразователя на основе электрооптического кристалла и элемента для разделения терагерцового и лазерного излучения и обладают следующими характеристиками: высокой частотой следования терагерцовых импульсов (обычно от десятков кГц до сотен МГц), что позволяет рассматривать динамику быстропротекающих процессов, узкой спектральной линией излучения, что позволяет исследовать спектральные свойства веществ на заданной частоте без влияния соседних частот и достаточно высокие энергетические характеристики излучения.Sources based on this technique consist of a femtosecond laser emitting laser pulses, an optical terahertz converter based on an electro-optical crystal and an element for separating terahertz and laser radiation and have the following characteristics: high repetition rate of terahertz pulses (usually from tens of kHz to hundreds of MHz ), which allows us to consider the dynamics of fast processes, a narrow spectral line of radiation, which allows us to study the spectral properties of substances a given frequency without affecting neighboring frequencies and relatively high energy characteristics of the radiation.

В этих источниках в качестве оптико-терагерцового преобразователя используется наиболее распространенный кристалл ниобата лития (LiNbO3), который входит в ферроэлектрическую группу. Указанный кристалл обладает высоким порогом оптического разрушения ~1 ТВт/см2 и большим нелинейным коэффициентом. Так нелинейный коэффициент кристалла ниобата лития равен 168 пм/В, что в три раза превосходит нелинейный коэффициент кристалла теллурида цинка.In these sources, the most common crystal of lithium niobate (LiNbO 3 ), which is part of the ferroelectric group, is used as an optical terahertz converter. The specified crystal has a high threshold of optical destruction ~ 1 TW / cm 2 and a large nonlinear coefficient. Thus, the non-linear coefficient of a lithium niobate crystal is 168 pm / V, which is three times higher than the non-linear coefficient of a zinc telluride crystal.

В этой группе источников оптико-терагерцовый преобразователь выполнен в виде периодической структуры из тонких монокристаллических пластин ниобата лития, у которых направление кристаллографической оси [001] периодически меняется. Так в работе на англ. яз. авторов G. Xu et al. «Efficient generation of backward terahertz pulses from multiperiod periodically poled lithium niobate» - OPTICS LETT. 2009, v. 34, p. 995 в периодически поляризованной структуре из пластин монокристалла ниобата лития было сгенерировано терагерцовое излучение на рабочей частоте 0,37 ТГц с шириной спектральной линии 18,1 ГГц. Поляризация лазерных импульсов была параллельна кристаллографической оси [001] монокристаллических пластин ниобата лития.In this group of sources, the optical terahertz converter is made in the form of a periodic structure of thin single-crystal lithium niobate plates, in which the direction of the crystallographic axis [001] periodically changes. So in work in English. lang authors G. Xu et al. “Efficient generation of backward terahertz pulses from multiperiod periodically poled lithium niobate” - OPTICS LETT. 2009, v. 34, p. 995 in a periodically polarized structure of lithium niobate single crystal wafers, terahertz radiation was generated at an operating frequency of 0.37 THz with a spectral line width of 18.1 GHz. The laser pulse polarization was parallel to the crystallographic axis [001] of the single-crystal lithium niobate plates.

Недостатком источников является малая входная апертура, трудоемкий процесс изготовления, низкие прочностные показатели и относительно (предлагаемой в настоящем описании полезной модели) широкая спектральная линия излучения.The disadvantage of the sources is a small input aperture, a labor-intensive manufacturing process, low strength parameters, and a relatively (proposed in the present description of the utility model) wide spectral emission line.

В связи с тем, что физический механизм, обеспечивающий работоспособность предлагаемого источника узкополосного терагерцового излучения, основан на оптическом выпрямлении за счет нелинейного смешения спектральных компонент обыкновенной и необыкновенной волн, образованных после преломления возбуждающего лазерного луча на входной поверхности пластины монокристалла ниобата лития в условиях образования в этой пластине наведенной нелинейной поляризации с переменной полярностью, и выходит за рамки принципа действия источников терагерцового излучения, указанных в приведенной выше группе аналогов. Т.к. сравнение возможностей терагерцового излучения в них и в заявляемом источнике не корректно из-за базовых различий методов генерации узкополосного терагецового излучения (особенности физического механизма генерации узкополосного излучения с помощью предлагаемого источника см. ниже) в настоящем описании полезной модели выбрано раскрытие сущности предлагаемого источника терагерцового излучения в формуле полезной модели без прототипа.Due to the fact that the physical mechanism ensuring the operability of the proposed source of narrow-band terahertz radiation is based on optical rectification due to nonlinear mixing of the spectral components of the ordinary and extraordinary waves formed after refraction of the exciting laser beam on the input surface of the plate of a lithium niobate single crystal under conditions of formation of lithium niobate single crystal plate induced non-linear polarization with variable polarity, and goes beyond the principle of action of teraher sources ovogo radiation, these analogs in the group above. Because the comparison of the possibilities of terahertz radiation in them and in the claimed source is not correct due to the basic differences in the methods for generating narrow-band terahertz radiation (for the specific features of the physical mechanism for generating narrow-band radiation using the proposed source, see below), the disclosure of the essence of the proposed terahertz radiation source in utility model formula without prototype.

Технический результат от использования предлагаемой полезной модели - разработка источника узкополосного терагерцового излучения, вырабатываемого в монокристалле ниобата лития в направлении, обратном распространению возбуждающих ультракоротких лазерных импульсов, в интервале технологически допустимых толщин указанного монокристалла, с эффективностью оптико-терагерцового преобразования (не менее 10-5), соответствующей оптимальным требованиям соотношения сигнал/шум, при суженной спектральной ширине линии излучения и повышенной технологичности изготовления указанного источника за счет предлагаемых структуры и состава этого источника.The technical result from the use of the proposed utility model is the development of a source of narrow-band terahertz radiation generated in a lithium niobate single crystal in the direction opposite to the propagation of exciting ultrashort laser pulses in the range of technologically permissible thicknesses of this single crystal, with an optical-terahertz conversion efficiency (not less than 10 -5 ) corresponding to the optimal requirements of the signal-to-noise ratio, with a narrowed spectral width of the emission line and increased the production quality of the specified source due to the proposed structure and composition of this source.

Кроме того, предлагаемый источник расширяет перспективный арсенал аппаратного обеспечения актуального и востребованного узкополосного терагецового излучения.In addition, the proposed source expands the promising arsenal of hardware for current and sought-after narrow-band terahertz radiation.

Для достижения указанного технического результата предлагается источник узкополосного терагерцового излучения, содержащий фемтосекундный лазер с линейно поляризованным импульсным излучением, оптико-терагерцовый преобразователь, выполненный в виде пластины, сориентированной поверхностью одной из ее сторон с возможностью воздействия на нее лазерных импульсов и изготовленной из монокристалла ниобата лития с длиной прохождения лазерных импульсов в данном монокристалле, превышающей длину поглощения в нем терагерцового излучения на рабочей частоте для обеспечения в направлении, обратном распространению указанных лазерных импульсов, терагерцового выхода с повышенной узкополосностью в результате оптического выпрямления лазерных импульсов за счет нелинейного смешения спектральных компонент обыкновенной и необыкновенной волн, образованных после преломления возбуждающего лазерного луча на входной поверхности упомянутой пластины в условиях образования в монокристалле ниобата наведенной нелинейной поляризации с переменной полярностью, и делитель для разделения указанных лазерного и терагерцового излучений, установленный перед входной поверхностью упомянутой пластины.To achieve the technical result, a narrow-band terahertz radiation source is proposed, comprising a femtosecond laser with linearly polarized pulsed radiation, an optical terahertz converter made in the form of a plate oriented by the surface of one of its sides with the possibility of laser pulses acting on it and made of lithium niobate single crystal with the propagation length of laser pulses in a given single crystal, exceeding the absorption length of terahertz radiation in it by at the operating frequency in order to ensure, in the opposite direction to the propagation of these laser pulses, a terahertz output with increased narrowband as a result of optical rectification of the laser pulses due to nonlinear mixing of the spectral components of the ordinary and extraordinary waves formed after refraction of the exciting laser beam on the input surface of the plate under conditions of formation in single-crystal niobate induced nonlinear polarization with variable polarity, and a divider for separation said laser and terahertz radiation mounted in front of the input surface of said plate.

Причем кристаллографическая ось [100] монокристалла ниобата лития лежит в плоскости входной поверхности пластины и образует угол 45° с направлением вектора поляризации возбуждающего лазерного луча, а кристаллографическая ось [001] этого монокристалла образует с входной поверхностью пластины угол, выбираемый из интервала 50-69°.Moreover, the crystallographic axis [100] of a lithium niobate single crystal lies in the plane of the input surface of the plate and forms an angle of 45 ° with the direction of the polarization vector of the exciting laser beam, and the crystallographic axis [001] of this single crystal forms an angle with the input surface of the plate from 50–69 ° .

В частных случаях в предлагаемом источникеIn particular cases in the proposed source

для выработки терагерцового излучения с рабочей частотой 0,35 ТГц и шириной спектральной линии 3 ГГц при эффективности 1,4×105 в направлении, обратном распространению возбуждающих линейно поляризованных фемтосекундных лазерных импульсов с центральной длиной волны 1050 нм и длительностью 500 фс, пластина оптико-терагерцового преобразователя сориентирована поверхностью одной из ее сторон нормально к направлению распространения воздействующих на нее лазерных импульсов и изготовлена из монокристалла ниобата лития с линейным размером, задающим длину прохождения в нем указанных лазерных импульсов, равным 10 мм, с кристаллографической осью [100], лежащей в плоскости входной поверхности указанной пластины, и образующей угол 45° с направлением вектора поляризации возбуждающего лазерного луча, и с кристаллографической осью [001], направленной под углом 69° к входной поверхности этой же пластины, а делитель для разделения возбуждающего лазерного и выходного терагерцового излучений выполнен в виде тонкой пленки, изготовленной из нитроцеллюлозы;for generating terahertz radiation with an operating frequency of 0.35 THz and a spectral line width of 3 GHz with an efficiency of 1.4 × 10 5 in the direction opposite to the propagation of exciting linearly polarized femtosecond laser pulses with a central wavelength of 1050 nm and a duration of 500 fs, an optical plate the terahertz converter is oriented normally by the surface of one of its sides to the direction of propagation of the laser pulses acting on it and is made of a lithium niobate single crystal with a linear size that defines m the length of the passage of the indicated laser pulses in it equal to 10 mm, with a crystallographic axis [100] lying in the plane of the input surface of the indicated plate and forming an angle of 45 ° with the direction of the polarization vector of the exciting laser beam, and with the crystallographic axis [001] directed at an angle of 69 ° to the input surface of the same plate, and the divider for separating the exciting laser and output terahertz radiation is made in the form of a thin film made of nitrocellulose;

для выработки терагерцового излучения с рабочей частотой 0,5 ТГц и шириной спектральной линии 3,6 ГГц при эффективности 1,3×10-5 в направлении, обратном распространению возбуждающих линейно поляризованных фемтосекундных лазерных импульсов с центральной длиной волны 1050 нм и длительностью 350 фс, пластина оптико-терагерцового преобразователя сориентирована поверхностью одной из ее сторон нормально к направлению распространения воздействующих на нее лазерных импульсов и изготовлена из монокристалла ниобата лития с линейным размером, задающим длину прохождения в нем указанных лазерных импульсов, равным 7 мм, с кристаллографической осью [100], лежащей в плоскости входной поверхности указанной пластины, и образующей угол 45° с направлением вектора поляризации возбуждающего лазерного луча, и с кристаллографической осью [001], направленной под углом 65° к входной поверхности этой же пластины, а делитель для разделения возбуждающего лазерного и выходного терагерцового излучений выполнен в виде тонкой пленки, изготовленной из нитроцеллюлозы;for generating terahertz radiation with an operating frequency of 0.5 THz and a spectral line width of 3.6 GHz with an efficiency of 1.3 × 10 -5 in the direction opposite to the propagation of exciting linearly polarized femtosecond laser pulses with a central wavelength of 1050 nm and a duration of 350 fs, the plate of the optical terahertz converter is oriented normally by the surface of one of its sides to the direction of propagation of the laser pulses acting on it and is made of lithium niobate single crystal with a linear size, defining the passage length of said laser pulses in it equal to 7 mm, with a crystallographic axis [100] lying in the plane of the input surface of the indicated plate and forming an angle of 45 ° with the direction of the polarization vector of the exciting laser beam, and with the crystallographic axis [001] directed at an angle of 65 ° to the input surface of the same plate, and the divider for separating the exciting laser and output terahertz radiation is made in the form of a thin film made of nitrocellulose;

для выработки терагерцового излучения с рабочей частотой 1,1 ТГц и шириной спектральной линии 16 ГГц при эффективности 1×10-5 в направлении, обратном распространению возбуждающих линейно поляризованных фемтосекундных лазерных импульсов с центральной длиной волны 1050 нм и длительностью 160 фс, пластина оптико-терагерцового преобразователя сориентирована поверхностью одной из ее сторон нормально к направлению распространения воздействующих на нее лазерных импульсов и изготовлена из монокристалла ниобата лития с линейным размером, задающим длину прохождения в нем указанных лазерных импульсов, равным 4 мм, с кристаллографической осью [100], лежащей в плоскости входной поверхности указанной пластины, и образующей угол 45° с направлением вектора поляризации возбуждающего лазерного луча, и с кристаллографической осью [001], направленной под углом 50° к входной поверхности этой же пластины, а делитель для разделения возбуждающего лазерного и выходного терагерцового излучений выполнен в виде тонкой пленки, изготовленной из нитроцеллюлозы.to generate terahertz radiation with an operating frequency of 1.1 THz and a spectral line width of 16 GHz with an efficiency of 1 × 10 -5 in the direction opposite to the propagation of exciting linearly polarized femtosecond laser pulses with a central wavelength of 1050 nm and a duration of 160 fs, an optical terahertz plate the transducer is oriented normally by the surface of one of its sides to the direction of propagation of the laser pulses acting on it and is made of a lithium niobate single crystal with a linear size that sets the propagation length of said laser pulses in it equal to 4 mm, with a crystallographic axis [100] lying in the plane of the input surface of the indicated plate and forming an angle of 45 ° with the direction of the polarization vector of the exciting laser beam, and with the crystallographic axis [001] directed under angle of 50 ° to the input surface of the same plate, and the divider for separating the exciting laser and output terahertz radiation is made in the form of a thin film made of nitrocellulose.

Известный источник узкополосного терагерцового излучения на основе генерации разностной частоты при облучении монокристалла ниобата лития двумя лазерными импульсами наносекундной длительности с близкими частотами (см. работу на англ. яз. авторов Т. Akiba «Terahertz wave generation using type II phase matching polarization combination via difference frequency generation with LiNbO3» - JAP. J. APPL. PHYS. 2015, v. 54, p. 062202), в состав которого входят два наносекундных импульсных лазера и оптико-терагерцовый преобразователь, выполненный на основе монокристалла ниобата лития (в котором в виду относительно большой длительности лазерного импульса нельзя достичь большой оптической интенсивности, что влияет на эффективность оптико-терагерцового преобразования, которая составляет величину ~10-9) не противоречит новизне предлагаемого источника узкополосного терагерцового излучения, т.к. в этом известном источнике узкополосного терагерцового излучения используются иные источники лазерного излучения в сочетании с монокристаллом ниобата лития, функционирующем в качестве оптико-терагерцового преобразователя на основе генерации разностной частоты, иной в сравнении с генерацией узкополосного терагерцового излучения в предлагаемом источнике, основанной на оптическом выпрямлении.Known source of narrow-band terahertz radiation based on the difference frequency generation upon irradiation of a lithium niobate single crystal with two laser pulses of nanosecond duration with close frequencies (see T. Akiba's work in English by “Terahertz wave generation using type II phase matching polarization combination via difference frequency generation with LiNbO 3 "- JAP. J. APPL. PHYS. 2015, v. 54, p. 062202), which consists of two nanosecond pulsed lasers and an optical terahertz converter based on a lithium niobate single crystal (in which relatively large duration of the laser pulse can not achieve a high optical intensity, which affects the efficiency of optical-terahertz conversion, which is ~ 10 -9) is consistent with the proposed novelty narrowband terahertz radiation source, since this known source of narrow-band terahertz radiation uses other sources of laser radiation in combination with a lithium niobate single crystal, which functions as an optical terahertz converter based on the difference frequency generation, different in comparison with the generation of narrow-band terahertz radiation in the proposed source based on optical rectification.

На фиг. 1а схематически показан предлагаемый источник узкополосного терагерцового излучения; на фиг. 1б - оптико-терагерцовый преобразователь в составе источника на фиг. 1а; на фиг. 2 - схема облучения фемтоскундным лазерным импульсом монокристалла ниобата лития при функционировании предлагаемого источника; на фиг. 3 - зависимость рабочей частоты предлагаемого источника от угла, образуемого кристаллографической осью [001] монокристалла ниобата лития, из которого выполнена пластина оптико-терагерцового преобразователя, с ее входной поверхностью; на фиг. 4 - нормированная спектральная плотность мощности терагерцового излучения предлагаемого источника; на фиг 5а - зависимость длины поглощения терагерцового излучения в монокристалле ниобата лития от рабочей частоты предлагаемого источника; на фиг. 5б - зависимость эффективности оптико-терагерцового преобразования и оптимальной длительности лазерного импульса от угла, образуемого кристаллографической осью [001] монокристалла ниобата лития, из которого выполнена пластина оптико-терагерцового преобразователя, с ее входной поверхностью.In FIG. 1a schematically shows the proposed narrowband terahertz radiation source; in FIG. 1b is an optical terahertz converter as a part of the source in FIG. 1a; in FIG. 2 is a diagram of a femtosecond laser pulse irradiation of a lithium niobate single crystal during operation of the proposed source; in FIG. 3 - dependence of the operating frequency of the proposed source on the angle formed by the crystallographic axis [001] of the lithium niobate single crystal from which the plate of the terahertz converter is made, with its input surface; in FIG. 4 - normalized spectral power density of terahertz radiation of the proposed source; on figa - the dependence of the absorption length of terahertz radiation in a single crystal of lithium niobate on the operating frequency of the proposed source; in FIG. 5b shows the dependence of the optical terahertz conversion efficiency and the optimal laser pulse duration on the angle formed by the crystallographic axis [001] of the lithium niobate single crystal from which the plate of the terahertz converter is made with its input surface.

Предлагаемый источник терагерцового излучения содержит (см. фиг. 1а): фемтосекундный лазер 1, делитель 2, изготовленный из тонкой пленки нитроцеллюлозы и оптико-терагерцовый преобразователь, выполненный в виде пластины 3 монокристалла ниобата лития. Поверхность ABCD пластины 3 монокристалла ниобата лития - оптико-терагерцового преобразователя оптически полирована (см. рис. 1б).The proposed terahertz radiation source contains (see Fig. 1a): a femtosecond laser 1, a divider 2, made of a thin film of nitrocellulose and an optical terahertz converter made in the form of a plate 3 of a lithium niobate single crystal. The surface of the ABCD plate 3 of a single crystal of lithium niobate - an optical terahertz converter is optically polished (see Fig. 1b).

В примерах выполнения предлагаемого источника узкополосного терагерцового излучения для выработки терагерцового излучения с рабочей частотой 0,35 ТГц, 0,5 ТГц и 1,1 ТГц и шириной спектральной линии 3 ГГц, 3,6 ГГц и 16 ГГц при эффективности 1,4×10-5, 1,3×10-5 и 1×10-5 в направлении, обратном распространению линейно-поляризованных возбуждающих фемтосекундных лазерных импульсов с центральной длиной волны 1050 нм и длительностью 500 фс, 350 фс и 160 фс, пластина 3 оптико-терагерцового преобразователя сориентирована своей входной поверхностью нормально к направлению распространения воздействующих на нее лазерных импульсов и изготовлена из монокристалла ниобата лития, имеющего линейный размер, задающий длину прохождения в нем указанных лазерных импульсов, равный 10 мм, 7 мм и 4 мм с кристаллографической осью [100] монокристалла ниобата лития, лежащей в плоскости входной поверхности указанной пластины 3, и образующей угол 45° с направлением вектора поляризации возбуждающего лазерного луча, и с кристаллографической осью [001] этого монокристалла, направленной под углом θ=69°, 65° и 50° к входной поверхности этой же пластины (см. фиг. 1а и 2).In the examples of the proposed source of narrow-band terahertz radiation for generating terahertz radiation with an operating frequency of 0.35 THz, 0.5 THz and 1.1 THz and a spectral line width of 3 GHz, 3.6 GHz and 16 GHz with an efficiency of 1.4 × 10 -5 , 1.3 × 10 -5 and 1 × 10 -5 in the direction opposite to the propagation of linearly polarized exciting femtosecond laser pulses with a central wavelength of 1050 nm and a duration of 500 fs, 350 fs and 160 fs, plate 3 of terahertz the transducer is oriented normally to its direction by its input surface the propagation of the laser pulses acting on it and is made of a lithium niobate single crystal having a linear size that specifies the passage length of the indicated laser pulses in it equal to 10 mm, 7 mm, and 4 mm with the crystallographic axis [100] of the lithium niobate single crystal lying in the input plane the surface of the specified plate 3, and forming an angle of 45 ° with the direction of the polarization vector of the exciting laser beam, and with the crystallographic axis [001] of this single crystal, directed at an angle θ = 69 °, 65 ° and 50 ° to the input surface of the same plate (see FIG. 1a and 2).

Предлагаемый источник терагерцового излучения работает следующим образом.The proposed source of terahertz radiation works as follows.

Линейно-поляризованные фемтосекундные лазерные импульсы от фемтосекундного лазера 1 проходят через тонкопленочный делитель 2 и падают на входную поверхность ABCD пластины 3 - оптико-терагерцового преобразователя (см. фиг 1б и 2), причем монокристалл ниобата лития сориентирован таким образом, что вектор поляризации возбуждающего луча лазерного импульса образует угол 45° с кристаллографической осью [100], лежащей в плоскости входной поверхности указанной пластины, а кристаллографическая ось [001] этого же монокристалла направлена под углом θ, выбираемым интервала 50-69°.Linearly polarized femtosecond laser pulses from a femtosecond laser 1 pass through a thin-film divider 2 and fall onto the input surface ABCD of the plate 3 — an terahertz optical converter (see FIGS. 1b and 2), and the lithium niobate single crystal is oriented in such a way that the radiation polarization vector the laser pulse forms an angle of 45 ° with the crystallographic axis [100] lying in the plane of the input surface of the specified plate, and the crystallographic axis [001] of the same single crystal is directed at an angle θ, irradiated interval of 50-69 °.

После вхождения в монокристалл ниобата лития лазерный импульс разделяется на суперпозицию импульсов обыкновенной и необыкновенной волны (см. фиг. 1а и 2). В результате нелинейного смешения спектральных компонент волн в монокристалле ниобата лития наводится нелинейная поляризация, которая одновременно излучает терагерцовое излучение в направлении распространения лазерных импульсов и в направлении, обратном указанному распространению, с преобладанием эффективности излучения в направлении, обратном распространению лазерных импульсов. После выхода из грани ABCD пластины 3 указанное преобладающее терагерцовое излучение отражается от делителя 2 и выводится в свободное пространство для рабочего использования. При этом лазерное излучение проходит делитель 2 без существенного отражения.After entering the single crystal of lithium niobate, the laser pulse is divided into a superposition of pulses of ordinary and extraordinary waves (see Fig. 1A and 2). As a result of nonlinear mixing of the spectral components of the waves in a single crystal of lithium niobate, nonlinear polarization is induced, which simultaneously emits terahertz radiation in the direction of propagation of the laser pulses and in the direction opposite to the specified propagation, with a predominance of radiation efficiency in the direction opposite to the propagation of laser pulses. After leaving the face ABCD of the plate 3, the indicated predominant terahertz radiation is reflected from the divider 2 and is displayed in free space for working use. When this laser radiation passes through the divider 2 without significant reflection.

Раскрытию физического механизма, обеспечивающего работоспособность предлагаемого источника узкополосного терагерцового излучения, вырабатываемого в монокристалле ниобата лития в направлении, обратном распространению возбуждающих ультракоротких лазерных импульсов, служит следующее физико-расчетное обоснование.The following physical and computational justification serves to disclose the physical mechanism that ensures the operability of the proposed source of narrow-band terahertz radiation generated in a lithium niobate single crystal in the direction opposite to the propagation of exciting ultrashort laser pulses.

В качестве фемтосекундного лазера 1 рассмотрим эрбиевый лазер с центральной длиной волны 1,05 мкм, импульсы которого поступают (под углом 90°) на входную поверхность пластины 3 монокристалла ниобата лития (см. фиг. 2). Импульсы распространяются вдоль оси х, вектор поляризации которых образуют угол 45° с кристаллографической осью [100] монокристалла ниобата лития.As a femtosecond laser 1, we consider an erbium laser with a central wavelength of 1.05 μm, the pulses of which arrive (at an angle of 90 °) on the input surface of the plate 3 of a lithium niobate single crystal (see Fig. 2). The pulses propagate along the x axis, the polarization vector of which form an angle of 45 ° with the crystallographic axis [100] of the lithium niobate single crystal.

Рассмотрим одномерную модель с гауссовой огибающей напряженности электрического поля - электрическое поле лазерного импульса считается симметричным по отношению к осям у, z и на входе в пластину напряженность электрического поля имеет вид следующей формулыWe consider a one-dimensional model with a Gaussian envelope of the electric field strength - the electric field of the laser pulse is considered symmetrical with respect to the y, z axes, and at the entrance to the plate, the electric field strength has the form of the following formula

Figure 00000001
Figure 00000001

ω0=2π/сλ,ω 0 = 2π / sλ,

где Е0 - амплитуда напряженности возбуждающего электрического поля лазерного импульса,where E 0 is the amplitude of the intensity of the exciting electric field of the laser pulse,

λ - центральная длина волны возбуждающего лазерного импульса,λ is the central wavelength of the exciting laser pulse,

с - скорость света в вакууме;c is the speed of light in vacuum;

τ - длительность возбуждающего лазерного импульса.τ is the duration of the exciting laser pulse.

При преломлении на входной границе пластины 3 лазерный импульс разделяется на суперпозицию импульсов обыкновенной и необыкновенной волн.When refracting at the input boundary of the plate 3, the laser pulse is divided into a superposition of pulses of ordinary and extraordinary waves.

Выбор указанного угла 45° с кристаллографической осью [100] монокристалла ниобата лития определился в виду равенства амплитуд импульсов указанных обыкновенной и необыкновенной волн, что обеспечивает наибольшее значение нелинейной поляризации и, следовательно, связанной с ней эффективности оптико-терагерцового преобразования (которая является первой составной частью - вкладом в эффективность искомого оптико-терагерцового преобразования, не менее 10-5, соответствующую оптимальным требованиям соотношения сигнал/шум и складывающуюся из этой первой части и из второй составной части, обусловленной предлагаемым интервалом угла θ в связи с излагаемым ниже обоснованием).The choice of the indicated angle of 45 ° with the crystallographic axis [100] of the lithium niobate single crystal was determined in view of the equality of the amplitudes of the pulses of the indicated ordinary and extraordinary waves, which ensures the highest value of nonlinear polarization and, therefore, the associated efficiency of the optical terahertz conversion (which is the first component - a contribution to the efficiency of the desired optical terahertz conversion, not less than 10 -5 , corresponding to the optimal requirements of the signal-to-noise ratio and consisting of of the first part and from the second component, due to the proposed interval of the angle θ in connection with the rationale described below).

В результате нелинейного смешивания спектральных компонент данных волн возникает нелинейная поляризация, которая может быть записана в видеAs a result of nonlinear mixing of the spectral components of these waves, a nonlinear polarization occurs, which can be written as

Figure 00000002
Figure 00000002

где ξ=t-n'x/c,

Figure 00000003
, Δn=no-ne и L=2cτ/Δn' с
Figure 00000004
. no, n'о и ne, n'е - индексы преломления и групповые индексы обыкновенной и необыкновенной волн при заданном угле θ, ε0 - диэлектрическая проницаемость вакуума, χeƒƒ15cosϑ+χ22sinϑ - эффективный нелинейный коэффициент, χ15 и χ22 - нелинейные коэффициенты кристалла ниобата лития.where ξ = t-n'x / c,
Figure 00000003
, Δn = n o -n e and L = 2cτ / Δn 's
Figure 00000004
. n o , n ' o and n e , n' e are the refractive indices and group indices of the ordinary and extraordinary waves for a given angle θ, ε 0 is the dielectric constant of the vacuum, χ eƒƒ = χ 15 cosϑ + χ 22 sinϑ is the effective nonlinear coefficient, χ 15 and χ 22 are the nonlinear coefficients of a lithium niobate crystal.

Из формулы (2) следует, что наведенная в монокристалле ниобата лития нелинейная поляризация знакопеременна с периодом λ/Δn.It follows from formula (2) that the nonlinear polarization induced in a single crystal of lithium niobate is alternating with a period of λ / Δn.

Для нахождения спектральной плотности мощности терагерцового излучения решим волновое уравнение в Фурье пространстве с источником в виде нелинейной поляризации (см. выражение 2) в трех однородных областях: полупространство х<0, монокристалл ниобата лития и полупространство x>d, где d - толщина указанного монокристалла, равная длине прохождения возбуждающих ультракоротких лазерных импульсов в данном монокристалле. После чего возьмем обратное преобразование Фурье.To find the spectral power density of terahertz radiation, we solve the wave equation in Fourier space with a source in the form of nonlinear polarization (see expression 2) in three homogeneous regions: half-space x <0, single crystal of lithium niobate and half-space x> d, where d is the thickness of the specified single crystal equal to the propagation length of exciting ultrashort laser pulses in a given single crystal. Then we take the inverse Fourier transform.

Из решения следует существование двух терагерцовых волн: одна распространяется в направлении лазерных импульсов, другая в обратном направлении.The solution implies the existence of two terahertz waves: one propagates in the direction of laser pulses, the other in the opposite direction.

Рассмотрим волну, которая распространяется в обратном направлении. Частота волны задана выражениемConsider a wave that propagates in the opposite direction. The wave frequency is given by

Figure 00000005
Figure 00000005

где nt - индекс преломления на рабочей терагерцовой частоте Ωb/2π.where n t is the refractive index at the working terahertz frequency Ω b / 2π.

Таким образом, рабочая частота источника Ωb/2π задается изменение угла θ в виду зависимости от него необыкновенного группового индекса и индекса преломления лазерного излучения, входящих в n' и Δn.Thus, the source operating frequency Ω b / 2π is set to change the angle θ in view of the dependence of the extraordinary group index and the index of refraction of the laser radiation on n 'and Δn.

На фиг. 3 построена зависимость рабочей частоты Ωb/2π источника узкополосного терагерцового излучения от угла θ. Например, генерации на рабочей частоте Ωb/2π=0,5 ТГц соответствует угол θ=65°.In FIG. 3, we plotted the dependence of the working frequency Ω b / 2π of the narrow-band terahertz radiation source on the angle θ. For example, generation at the operating frequency Ω b / 2π = 0.5 THz corresponds to an angle θ = 65 °.

Выражение для спектральной плотности мощности S(Q) в зависимости от терагерцовой частоты ΩThe expression for the power spectral density S (Q) as a function of the terahertz frequency Ω

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

гдеWhere

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
Figure 00000013

k=Ωnt/c,k = Ωn t / c,

где Ф - функция ошибок.where f is the error function.

На фиг. 4 представлена нормированная спектральная плотность мощности терагерцового излучения, рассчитанная согласно формуле 4 при интенсивности накачки 100 ГВт/см2, толщине монокристалла ниобата лития d=7 мм, угле θ=65° и длительности τ=350 фс. Для указанных параметров источник узкополосного терагерцового излучения будет излучать терагерцовое излучение на частоте Ωb/2π=0,5 ТГц с шириной спектральной линии на уровне половины высоты – 3,6 ГГц.In FIG. Figure 4 shows the normalized spectral power density of terahertz radiation calculated according to formula 4 at a pump intensity of 100 GW / cm 2 , a thickness of lithium niobate single crystal d = 7 mm, an angle θ = 65 °, and a duration τ = 350 fs. For these parameters, the source of narrow-band terahertz radiation will emit terahertz radiation at a frequency of Ω b / 2π = 0.5 THz with a spectral line width at half height - 3.6 GHz.

Для подтверждения сужения спектральной линии излучения предлагаемого источника сравним полученные характеристики терагерцового излучения с источником на основе периодически поляризованного кристалла ниобата лития (см. статью на англ. яз. авторов G. Xu et al. «Efficient generation of backward terahertz pulses from multiperiod periodically poled lithium niobate» - OPTICS LETT. 2009, v. 34, p. 995). В указанной статье ширина спектральной линии 18,1 ГГц на рабочей частоте 0,37 ТГц, что в шесть раз шире, чем ширина спектральной линии 3 ГГц предлагаемого источника на той же рабочей частоте.To confirm the narrowing of the emission spectral line of the proposed source, we compare the obtained characteristics of terahertz radiation with a source based on a periodically polarized lithium niobate crystal (see the article in English by G. Xu et al. “Efficient generation of backward terahertz pulses from multiperiod periodically poled lithium niobate ”- OPTICS LETT. 2009, v. 34, p. 995). In this article, the spectral line width is 18.1 GHz at an operating frequency of 0.37 THz, which is six times wider than the width of the 3 GHz spectral line of the proposed source at the same operating frequency.

В результате численного счета было найдено, что для обеспечения генерации узкополосного терагерцового излучения, вырабатываемого в монокристалле ниобата лития в направлении, обратном распространению возбуждающих ультракоротких лазерных импульсов, длина монокристалла должна быть не меньше длины поглощения La на рабочей терагерцовой частоте Ωb/2πAs a result of numerical calculations, it was found that to ensure the generation of narrow-band terahertz radiation generated in a lithium niobate single crystal in the direction opposite to the propagation of exciting ultrashort laser pulses, the length of the single crystal should be no less than the absorption length L a at the operating terahertz frequency Ω b / 2π

Figure 00000014
Figure 00000014

Для определения толщины монокристалла ниобата лития d большей La при различных рабочих частотах Ωb/2π терагерцового излучения построена зависимость длины поглощения La от рабочей терагерцовой частоты Ωb/2π, показанная на фиг. 5а.To determine the thickness of a lithium niobate single crystal d greater than L a at various operating frequencies Ω b / 2π of terahertz radiation, a dependence of the absorption length L a on the working terahertz frequency Ω b / 2π is shown, shown in FIG. 5a.

Также в результате расчета было найдено, что оптимальная длительность τopt возбуждающих фемтосекундных лазерных импульсов (соответствующая максимальной эффективности оптико-терагерцового преобразования) может быть выбрана согласно зависимости от угла θ на фиг. 5б (см. пунктирную кривую).Also, as a result of the calculation, it was found that the optimal duration τ opt of exciting femtosecond laser pulses (corresponding to the maximum efficiency of the optical terahertz conversion) can be selected according to the dependence on the angle θ in FIG. 5b (see dashed curve).

Интегрируя формулу 4 по терагерцовой частоте Ω, найдем эффективность оптико-терагерцового преобразования. На фиг. 5б сплошной кривой представлена зависимость эффективности оптико-терагерцового преобразования в направлении, обратном распространению лазерных импульсов при указанной ранее оптимальной длительности импульса и толщине монокристалла ниобата лития и интенсивности накачки 100 ГВт/см2.Integrating formula 4 over the terahertz frequency Ω, we find the efficiency of the optical terahertz conversion. In FIG. 5b, the solid curve shows the dependence of the optical terahertz conversion efficiency in the direction opposite to the propagation of laser pulses at the previously indicated optimal pulse duration and the thickness of a lithium niobate single crystal and a pump intensity of 100 GW / cm 2 .

Эффективность (не менее 10-5), отвечающая оптимальным требованиям соотношения сигнал/шум, при которых будет достигаться стабильная работоспособность источника узкополосного излучения, вырабатываемого в монокристалле ниобата лития в направлении, обратном распространению возбуждающих ультракоротких лазерных импульсов соответствует диапазону углов θ (50°-69°), что в свою очередь соответствует диапазону рабочих частот Ωb/2π от 1,1 до 0,35 ТГц.Efficiency (at least 10 -5 ) that meets the optimal requirements of the signal-to-noise ratio, at which stable operation of the narrow-band radiation source generated in the lithium niobate single crystal in the direction opposite to the propagation of exciting ultrashort laser pulses corresponds to the angle range θ (50 ° -69 °), which in turn corresponds to the operating frequency range Ω b / 2π from 1.1 to 0.35 THz.

При выходе из указанного диапазона в сторону уменьшения угла θ упомянутая эффективность резко уменьшается - при отклонении на 5° эффективность уменьшается на 20% и при выходе из указанного диапазона в сторону увеличения угла θ превышается технологически допустимая толщина монокристалла ниобата лития, равная в расчете 10 мм.When leaving the specified range in the direction of decreasing the angle θ, the mentioned efficiency sharply decreases - when deviating by 5 °, the efficiency decreases by 20% and when leaving the specified range in the direction of increasing the angle θ, the technologically permissible thickness of the lithium niobate single crystal, equal to 10 mm, is exceeded.

Изложенное обоснование в развернутом виде будет опубликовано в статье на англ. яз. авторов Е.A. Mashkovich, S.A. Sychugin and М.I. Bakunov «Generation of narrowband terahertz radiation by an ultrashort laser pulse in a bulk LiNbCb crystal» в журнале Optics Letters, в который указанная статья поступила в начале марта 2017 г.The stated rationale in expanded form will be published in an article in English. lang authors E.A. Mashkovich, S.A. Sychugin and M.I. Bakunov “Generation of narrowband terahertz radiation by an ultrashort laser pulse in a bulk LiNbCb crystal” in Optics Letters magazine, in which this article was received in early March 2017.

В настоящее время проводится подготовка испытаний экспериментальных образцов предлагаемого источника узкополосного терагерцового излучения.Currently, tests are being prepared for experimental samples of the proposed narrow-band terahertz radiation source.

Таким образом, изложенное выше обоснование, работающее для фемтосекундных лазеров и с другими центральными длинами волн, подтверждает выработку узкополосного терагерцового излучения в монокристалле ниобата лития в направлении, обратном распространению возбуждающих ультракоротких лазерных импульсов, в интервале технологически допустимых толщин указанного монокристалла, с эффективностью оптико-терагерцового преобразования (не менее 10-5), соответствующей оптимальным требованиям соотношения сигнал/шум, при суженной спектральной ширине линии излучения указанного источника за счет изложенных структуры и состава этого источника, а простота конструкции последнего минимизирует использование технических средств.Thus, the above justification, which works for femtosecond lasers and with other central wavelengths, confirms the generation of narrow-band terahertz radiation in a lithium niobate single crystal in the direction opposite to the propagation of exciting ultrashort laser pulses in the range of technologically permissible thicknesses of this single crystal with an opto-optical efficiency conversion (not less than 10 -5 ), corresponding to the optimal requirements of the signal-to-noise ratio, with a narrowed spectral width no emission lines of the specified source due to the structure and composition of this source, and the simplicity of the design of the latter minimizes the use of technical means.

Claims (4)

1. Источник узкополосного терагерцового излучения, содержащий фемтосекундный лазер с линейно-поляризованным импульсным излучением, оптико-терагерцовый преобразователь, выполненный в виде пластины, сориентированной поверхностью одной из ее сторон с возможностью воздействия на нее лазерных импульсов и изготовленной из монокристалла ниобата лития с длиной прохождения лазерных импульсов в данном монокристалле, превышающей длину поглощения в нем терагерцового излучения на рабочей частоте для обеспечения в направлении, обратном распространению указанных лазерных импульсов, терагерцового выхода с повышенной узкополосностью в результате оптического выпрямления лазерных импульсов за счет нелинейного смешения спектральных компонент обыкновенной и необыкновенной волн, образованных после преломления возбуждающего лазерного луча на входной поверхности упомянутой пластины в условиях образования в монокристалле ниобата наведенной нелинейной поляризации с переменной полярностью, и делитель для разделения указанных лазерного и терагерцового излучений, установленный перед входной поверхностью упомянутой пластины, причем кристаллографическая ось [100] монокристалла ниобата лития лежит в плоскости входной поверхности пластины и образует угол 45° с направлением вектора поляризации возбуждающего лазерного луча, а кристаллографическая ось [001] этого монокристалла образует с входной поверхностью пластины угол, выбираемый из интервала 50-69°.1. A source of narrow-band terahertz radiation containing a femtosecond laser with linearly polarized pulsed radiation, an optical terahertz converter made in the form of a plate oriented by the surface of one of its sides with the possibility of laser pulses acting on it and made of lithium niobate single crystal with laser length pulses in this single crystal, exceeding the absorption length of terahertz radiation in it at the operating frequency to ensure in the opposite direction of propagation the transmission of these laser pulses, a terahertz output with increased narrowband as a result of optical rectification of the laser pulses due to nonlinear mixing of the spectral components of the ordinary and extraordinary waves formed after refraction of the exciting laser beam on the input surface of the plate under conditions of formation of a nonlinear polarization induced in the niobate single crystal with variable polarity , and a divider for separating said laser and terahertz radiation, set n in front of the input surface of the said plate, the crystallographic axis [100] of a lithium niobate single crystal lying in the plane of the input surface of the plate and forms an angle of 45 ° with the direction of the polarization vector of the exciting laser beam, and the crystallographic axis [001] of this single crystal forms an angle with the input surface of the plate from the interval of 50-69 °. 2. Источник узкополосного терагерцового излучения по п. 1, отличающийся тем, что для выработки терагерцового излучения с рабочей частотой 0,35 ТГц и шириной спектральной линии 3 ГГц при эффективности 1,4×10-5 в направлении, обратном распространению возбуждающих линейно-поляризованных фемтосекундных лазерных импульсов с центральной длиной волны 1050 нм и длительностью 500 фс, пластина оптико-терагерцового преобразователя сориентирована поверхностью одной из ее сторон нормально к направлению распространения воздействующих на нее лазерных импульсов и изготовлена из монокристалла ниобата лития с линейным размером, задающим длину прохождения в нем указанных лазерных импульсов, равным 10 мм, с кристаллографической осью [100], лежащей в плоскости входной поверхности указанной пластины и образующей угол 45° с направлением вектора поляризации возбуждающего лазерного луча, и с кристаллографической осью [001], направленной под углом 69° к входной поверхности этой же пластины, а делитель для разделения возбуждающего лазерного и выходного терагерцового излучений выполнен в виде тонкой пленки, изготовленной из нитроцеллюлозы.2. The source of narrow-band terahertz radiation according to claim 1, characterized in that for the generation of terahertz radiation with an operating frequency of 0.35 THz and a spectral line width of 3 GHz with an efficiency of 1.4 × 10 -5 in the direction opposite to the propagation of exciting linearly polarized femtosecond laser pulses with a central wavelength of 1050 nm and a duration of 500 fs, the plate of the opto-terahertz converter is oriented normally by the surface of one of its sides to the direction of propagation of the laser impulses acting on it It is made of a single crystal of lithium niobate with a linear size that specifies the passage length of the indicated laser pulses in it equal to 10 mm, with a crystallographic axis [100] lying in the plane of the input surface of the plate and forming an angle of 45 ° with the direction of the polarization vector of the exciting laser beam , and with the crystallographic axis [001] directed at an angle of 69 ° to the input surface of the same plate, and the divider for separating the exciting laser and output terahertz radiation is made in the form of a thin film and made from nitrocellulose. 3. Источник узкополосного терагерцового излучения по п. 1, отличающийся тем, что для выработки терагерцового излучения с рабочей частотой 0,5 ТГц и шириной спектральной линии 3,6 ГГц при эффективности 1,3×10-5 в направлении, обратном распространению возбуждающих линейно-поляризованных фемтосекундных лазерных импульсов с центральной длиной волны 1050 нм и длительностью 350 фс, пластина оптико-терагерцового преобразователя сориентирована поверхностью одной из ее сторон нормально к направлению распространения воздействующих на нее лазерных импульсов и изготовлена из монокристалла ниобата лития с линейным размером, задающим длину прохождения в нем указанных лазерных импульсов, равным 7 мм, с кристаллографической осью [100], лежащей в плоскости входной поверхности указанной пластины и образующей угол 45° с направлением вектора поляризации возбуждающего лазерного луча, и с кристаллографической осью [001], направленной под углом 65° к входной поверхности этой же пластины, а делитель для разделения возбуждающего лазерного и выходного терагерцового излучений выполнен в виде тонкой пленки, изготовленной из нитроцеллюлозы.3. The source of narrow-band terahertz radiation according to claim 1, characterized in that for generating terahertz radiation with an operating frequency of 0.5 THz and a spectral line width of 3.6 GHz with an efficiency of 1.3 × 10 -5 in the direction opposite to the propagation of exciters linearly -polarized femtosecond laser pulses with a central wavelength of 1050 nm and a duration of 350 fs, the plate of the optical terahertz converter is oriented by the surface of one of its sides normally to the direction of propagation of the laser impulses acting on it It is made of lithium niobate single crystal with a linear size that specifies the passage length of the indicated laser pulses in it equal to 7 mm, with a crystallographic axis [100] lying in the plane of the input surface of the plate and forming an angle of 45 ° with the direction of the polarization vector of the exciting laser beam , and with the crystallographic axis [001] directed at an angle of 65 ° to the input surface of the same plate, and the divider for separating the exciting laser and output terahertz radiation is made in the form of a thin film and made from nitrocellulose. 4. Источник узкополосного терагерцового излучения по п. 1, отличающийся тем, что для выработки терагерцового излучения с рабочей частотой 1,1 ТГц и шириной спектральной линии 16 ГГц при эффективности 1×10-5 в направлении, обратном распространению возбуждающих линейно-поляризованных фемтосекундных лазерных импульсов с центральной длиной волны 1050 нм и длительностью 160 фс, пластина оптико-терагерцового преобразователя сориентирована поверхностью одной из ее сторон нормально к направлению распространения воздействующих на нее лазерных импульсов и изготовлена из монокристалла ниобата лития с линейным размером, задающим длину прохождения в нем указанных лазерных импульсов, равным 4 мм, с кристаллографической осью [100], лежащей в плоскости входной поверхности указанной пластины и образующей угол 45° с направлением вектора поляризации возбуждающего лазерного луча, и с кристаллографической осью [001], направленной под углом 50° к входной поверхности этой же пластины, а делитель для разделения возбуждающего лазерного и выходного терагерцового излучений выполнен в виде тонкой пленки, изготовленной из нитроцеллюлозы.4. The source of narrow-band terahertz radiation according to claim 1, characterized in that for generating terahertz radiation with an operating frequency of 1.1 THz and a spectral line width of 16 GHz with an efficiency of 1 × 10 -5 in the direction opposite to the propagation of exciting linearly polarized femtosecond laser pulses with a central wavelength of 1050 nm and a duration of 160 fs, the plate of the optical terahertz converter is oriented normally by the surface of one of its sides to the direction of propagation of the laser pulses acting on it owl and is made of a lithium niobate single crystal with a linear size that specifies the passage length of the indicated laser pulses in it equal to 4 mm, with a crystallographic axis [100] lying in the plane of the input surface of the plate and forming an angle of 45 ° with the direction of the polarization vector of the exciting laser beam , and with the crystallographic axis [001] directed at an angle of 50 ° to the input surface of the same plate, and the divider for separating the exciting laser and output terahertz radiation is made in the form of a thin film, made from nitrocellulose.
RU2017109755U 2017-03-24 2017-03-24 SOURCE OF NARROW-BAND THERAHZER RADIATION PROCESSED IN A LITHIUM NIOBATE CRYSTAL IN THE DIRECTION OF REVERSE THE EXTENSION OF EXCITING ULTRASHORT LASER PULSES RU175818U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017109755U RU175818U1 (en) 2017-03-24 2017-03-24 SOURCE OF NARROW-BAND THERAHZER RADIATION PROCESSED IN A LITHIUM NIOBATE CRYSTAL IN THE DIRECTION OF REVERSE THE EXTENSION OF EXCITING ULTRASHORT LASER PULSES

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017109755U RU175818U1 (en) 2017-03-24 2017-03-24 SOURCE OF NARROW-BAND THERAHZER RADIATION PROCESSED IN A LITHIUM NIOBATE CRYSTAL IN THE DIRECTION OF REVERSE THE EXTENSION OF EXCITING ULTRASHORT LASER PULSES

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU175818U1 true RU175818U1 (en) 2017-12-20

Family

ID=60719177

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017109755U RU175818U1 (en) 2017-03-24 2017-03-24 SOURCE OF NARROW-BAND THERAHZER RADIATION PROCESSED IN A LITHIUM NIOBATE CRYSTAL IN THE DIRECTION OF REVERSE THE EXTENSION OF EXCITING ULTRASHORT LASER PULSES

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU175818U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU187069U1 (en) * 2018-10-01 2019-02-18 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный университет" NARROW-BAND GENERATOR OF THERAHZ RADIATION ON THE BASIS OF ZnTe CRYSTAL

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130294467A1 (en) * 2007-10-15 2013-11-07 Jerome V. Moloney Laser-based source for terahertz and millimeter waves
US20150316832A1 (en) * 2014-04-30 2015-11-05 Canon Kabushiki Kaisha Terahertz-wave generation device and measurement apparatus including the same
RU2574518C1 (en) * 2014-11-11 2016-02-10 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского " Optical-terahertz converter with cherenkov radiation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130294467A1 (en) * 2007-10-15 2013-11-07 Jerome V. Moloney Laser-based source for terahertz and millimeter waves
US20150316832A1 (en) * 2014-04-30 2015-11-05 Canon Kabushiki Kaisha Terahertz-wave generation device and measurement apparatus including the same
RU2574518C1 (en) * 2014-11-11 2016-02-10 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского " Optical-terahertz converter with cherenkov radiation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
G. Xu и др. "Efficient generation of backward terahertz pulses from multiperiod periodically poled lithium niobate", OPTICS LETTERS т. 34, No 7, 2009 г., стр.995-997. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU187069U1 (en) * 2018-10-01 2019-02-18 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный университет" NARROW-BAND GENERATOR OF THERAHZ RADIATION ON THE BASIS OF ZnTe CRYSTAL

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hebling et al. High-power THz generation, THz nonlinear optics, and THz nonlinear spectroscopy
Kawase et al. Coherent tunable THz‐wave generation from LiNbO3 with monolithic grating coupler
Jullien et al. Highly efficient temporal cleaner for femtosecond pulses based on cross-polarized wave generation in a dual crystal scheme
Schubert et al. Generation and detection of gigahertz acoustic oscillations in thin membranes
RU175818U1 (en) SOURCE OF NARROW-BAND THERAHZER RADIATION PROCESSED IN A LITHIUM NIOBATE CRYSTAL IN THE DIRECTION OF REVERSE THE EXTENSION OF EXCITING ULTRASHORT LASER PULSES
CN105159008B (en) The application of niobic acid gallium lanthanum crystal device for non-linear optical of infrared band as in
RU2655469C1 (en) Method for generating narrow-band terahertz radiation (embodiments)
RU175819U1 (en) SOURCE OF NARROW-BAND THERAHZ RADIATION PRODUCED IN A LITHIUM NIOBAT CRYSTAL IN THE DIRECTION OF DISTRIBUTION OF EXCITING ULTRA-SHORT LASER PULSES
Kojima et al. Dielectric properties of ferroelectric lithium tantalate crystals studied by terahertz time-domain spectroscopy
Darmo et al. Quasi phase-matched terahertz detector
Kolker et al. A nanosecond optical parametric oscillator in the mid-IR region with double-pass pump
Kitaeva et al. Generation and detection of terahertz radiation by means of periodically and aperiodically poled crystals
RU172492U1 (en) Terahertz Ring Parametric Generator
Kasumova et al. Ternary wide-bandgap chalcogenides LiGaS2 and BaGaS7 for the mid-IR
Du et al. Absorption measurement of a 50-mm-long periodically poled lithium niobate optical parametric oscillator pumped at 1064 nm by a Nd: YAG laser
Martynyuk-Lototska Highly efficient acoustooptic diffraction in alpha-BaB2O4 crystals: improving of geometry of acoustooptic interaction
RU2574518C1 (en) Optical-terahertz converter with cherenkov radiation
Borisov et al. Femtosecond kinetics of reflection of mirrors with saturable absorption
Renosi et al. Resonant acousto-optic effects in InP and GaAs and related devices
Aleshkin et al. Tunable source of terahertz radiation based on the difference-frequency generation in a GaP crystal
Bodrov et al. Cherenkov-type terahertz generation by optical rectification in KD2PO4 (DKDP) crystal
Buccheri et al. Spatial and spectral properties of small area THz generation for sub-wavelength microscopy
McCracken et al. Brewster mirror ultrafast optical parametric oscillator with high precision wavelength tuning
US20200075790A1 (en) Fast topological switch using strained weyl semimetals
Ciplys¹ et al. GaN-BASED SURFACE ACOUSTIC WAVE DEVICES FOR OPTOELECTRONICS APPLICATIONS

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20190325