RU2574518C1 - Оптико-терагерцовый преобразователь с черенковским излучением - Google Patents
Оптико-терагерцовый преобразователь с черенковским излучением Download PDFInfo
- Publication number
- RU2574518C1 RU2574518C1 RU2014145146/28A RU2014145146A RU2574518C1 RU 2574518 C1 RU2574518 C1 RU 2574518C1 RU 2014145146/28 A RU2014145146/28 A RU 2014145146/28A RU 2014145146 A RU2014145146 A RU 2014145146A RU 2574518 C1 RU2574518 C1 RU 2574518C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- terahertz
- plate
- optical
- radiation
- prism
- Prior art date
Links
- 230000005466 cherenkov radiation Effects 0.000 title claims description 10
- 230000003287 optical Effects 0.000 claims abstract description 44
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910013641 LiNbO 3 Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 21
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 13
- 230000001131 transforming Effects 0.000 claims description 4
- 230000003595 spectral Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 230000001066 destructive Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 2
- -1 magnesium oxide ions Chemical class 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 230000001902 propagating Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N Lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001154 acute Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 230000003313 weakening Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к оптико-терагерцовым преобразователям с черенковским излучением и может быть использовано в качестве базового конструктивного узла в источниках терагерцового излучения для высокочувствительного оборудования спектроскопии, микроскопии и имиджинга. Преобразователь содержит преобразующую пластину, выполненную из анизотропного нелинейного кристалла, способного преобразовывать сфокусированные лазерные импульсы, поступающие в пластину через ее торцевую поверхность, в терагерцовое излучение с образованием черенковского конуса, и размещенную на выходе вырабатываемого терагерцового излучения оптическую призму, прозрачную в терагерцовом диапазоне частот и контактирующую одной из своих граней с указанной пластиной по всей лицевой поверхности пластины. Преобразующая пластина выполнена из упомянутого кристалла с соблюдением условия ориентации его кристаллографических осей по отношению к направлению распространения и направлению поляризации лазерных импульсов, обеспечивающего ортогональность вектора наведенной нелинейной поляризации по отношению к вектору напряженности электрического поля на одной из образующих терагерцового черенковского конуса, генерируемого вектором нелинейной поляризации. Оптическая призма расположена по отношению к преобразующей пластине противоположно указанной образующей терагерцового черенковского конуса. Технический результат - улучшение спектральных характеристик оптико-терагерцового преобразователя. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к оптико-терагерцовым преобразователям с черенковским излучением и может быть использовано в качестве базового конструктивного узла в источниках терагерцового излучения для высокочувствительного оборудования спектроскопии, микроскопии и имиджинга.
Одним из методов генерации терагерцового излучения является преобразование ультракоротких, в частности фемтосекундных, лазерных импульсов в широкополосное терагерцовое излучение на основе явления оптического выпрямления в электрооптических (нелинейных) кристаллах. Кроме того, при облучении нелинейного кристалла сразу двумя импульсами большей длительности, например наносекундной, с близкими несущими частотами происходит генерация узкополосного терагецового излучения за счет эффекта генерации разностной частоты. Максимальная эффективность оптико-терагерцового преобразования (отношение сгенерированной терагерцовой мощности к падающей лазерной мощности) достигается при выполнении условия фазового синхронизма между волновыми векторами лазерной волны накачки и терагерцовой волны. Для ряда кристаллов с большим коэффициентом нелинейного преобразования, таких как LiNbO3, LiTaO3 и др., синхронизм не может быть достигнут в направлении распространения лазерных импульсов накачки. Обойти данное ограничение можно, используя острую фокусировку лазерных импульсов накачки в размер, меньший длины терагерцовой волны, когда выполняются условия черенковского синхронизма. Терагерцовая генерация происходит под углом Черенкова к направлению распространения лазерных импульсов накачки, и излучение представляет собой расходящийся терагерцовый черенковский конус (см. статью на англ. яз. D.H. Auston «Subpicosecond electro-optic shock waves.» APPLIED PHISICS LETTERS, 1983, Vol. 43, p .713).
Данное направление активно развивается и обладает большими резервными возможностями совершенствования оптико-терагерцовых преобразователей и улучшения однородности их спектра излучения, что обусловлено следующей ситуацией в рассматриваемой области развития терагерцовой технологии.
В известных оптико-терагерцовых преобразователях в зависимости от толщины нелинейного кристалла сильно меняется изложенная выше эффективность оптико-терагерцового преобразования и характеристики спектра излучения. Причем при больших величинах (более сотни микрон) и очень малых величинах (порядка единиц микрон) толщины нелинейного кристалла однородность спектра излучения достигается, но при значительном уменьшении эффективности оптико-терагерцового преобразования и сужении терагерцового спектра излучения для толстых нелинейных кристаллов и при большом ограничении ввода лазерного излучения и, соответственно, при уменьшении выхода терагерцового излучения для очень тонких нелинейных кристаллов. При этом для толщин нелинейных кристаллов порядка десятков микрон наиболее характерен недостаток - наличие провала в терагерцовом спектре излучения, обусловленного деструктивной интерференцией терагерцовых волн.
Так известным аналогом заявляемого изобретения с толстым нелинейным кристаллом является оптико-терагерцовый преобразователь на основе эффекта Черенкова (схема устройства показана на фиг. 1 в статье на англ. яз. М. Theuer et al. «Efficient generation of Cherenkov-type terahertz radiation from a lithium niobate crystal with a silicon prism output coupler.» APPLED PHYSICS LETTERS, 2006, Vol. 88, p. 71122), состоящий из толстого кристалла LiNbO3 и кремниевой призмы. Из-за сильного поглощения терагерцового излучения в кристалле LiNbO3 выходить наружу будет терагерцовая волна, распространяющаяся только в сторону кремниевой призмы. Отсутствие деструктивной интерференции между терагерцовыми волнами приводит к однородному спектру излучения без провалов. Но в результате сильного дифракционного расплывания лазерные импульсы нельзя близко подвести к кремниевой призме на протяжении всей длины кристалла, что приводит к сильному затуханию терагерцового излучения и в итоге к малой эффективности оптико-терагерцового преобразования, а также к сужению терагерцового спектра излучения.
Спектр оптико-терагерцового преобразователя с черенковским излучением с толщиной нелинейного кристалла порядка единиц микрон также не содержит провалов в терагерцовом спектре излучения. Недостатком такого преобразователя является значительное падение лазерной мощности, которая заводится в кристалл, и усложнение технической реализации такого преобразователя. Схема данного преобразователя показана на фиг. 2а в статье на англ. яз. K. Suizu et al. «Extremely frequency-widened terahertz wave generation using Cherenkov-type radiation.» OPTICS EXPRESS, 2009, Vol. 17, p. 6676. Такой усложненный преобразователь состоит из технологической подложки, пластины, изготовленной из допированного ионами оксида магния кристалла LiNbO3, подготовленной на указанной подложке (из материала чистого кристалла LiNbO3) и срезанной поперек кристаллографической оси [010], толщиной 3,8 мкм, слоя ПЭТ (полиэтилентерефталата) толщиной 3,4 мкм и массива кремниевых призм. Линейно поляризованный наносекундный лазерный импульс, распространяющийся вдоль оси [100], фокусируется на торцевую поверхность указанной пластины и наводит в ней импульс нелинейной поляризации, которая излучает терагерцовое излучение. В результате малой толщины пластины LiNbO3 отсутствует деструктивная интерференция терагерцовых волн, выходящих в массив кремниевых призм напрямую и после отражения на нижней границе пластины, что устраняет провал в выходном терагерцовом спектре излучения. Но при этом серьезным недостатком этой конструкции служит малая доля ввода лазерного излучения накачки в пластину ≈ 6%.
Примерно такая же ситуация наблюдается в группе оптико-терагерцовых преобразователей с черенковским излучением с очень тонкими нелинейными кристаллами, описанных в следующих патентах: WO/2014/007386, G02F 1/35, 2014; US 8759779B2, G01J 5/02, G02F 1/39, G01J 3/10, 2014; ЕР 2657759А2, G02F 1/35, G02F 1/365, 2013 и US 8481945B2, G01J 5/02, 2013.
Следует ожидать проявления этого же недостатка в группе оптико-терагерцовых преобразователей с черенковским излучением, использующих те же физические принципы и описанных в патентах с очень тонкими нелинейными кристаллами: US 2013/0068971 А1, F21V 5/04, 2013 и US 8642984B2, G02F 1/39, G02F 1/00, 2014.
Кроме того, недостатком обеих групп приведенных оптико-терагерцовых преобразователей является значительное привлечение технических средств.
Увеличение толщины кристалла в оптико-терагерцовом преобразователе с чернковским излучением до десятков микрон позволяет создать волноводный слой для лазерных импульсов, ввести в него лазерное излучение с меньшими потерями в сравнении с очень тонкими нелинейными кристаллами и прижать область генерации терагерцового излучения к выходной призме на всей длине кристалла в сравнении с толстыми кристаллами. Доля ввода лазерного излучения в пластину LiNbO3 толщиной 20-40 мкм составляет более 60%. Однако недостатком данной схемы продолжает оставаться деструктивная интерференция между терагерцовыми волнами, которая приводит к появлению провалов в спектре излучения.
Примером такого оптико-терагерцового преобразователя является оптико-терагерцовый преобразователь с черенковским излучением, раскрытый в статье на англ. яз. M.I. Bakunov, Е.А. Mashkovich, M.V. Tsarev and S.D. Gorelov. «Efficient Cherenkov-type terahertz generation in Si-prism-LiNbO3-slab structure pumped by nanojoule-level ultrashort laser pulses.» APPLIED PHYSICS LETTERS, 2012, Vol. 101, p. 151102, выбранный в качестве прототипа заявляемого преобразователя и содержащий преобразующую пластину, выполненную из анизотропного нелинейного кристалла, способного преобразовывать сфокусированные ультракороткие (фемтосекундные) лазерные импульсы, поступающие в пластину через ее торцевую поверхность, в терагерцовое излучение в режиме оптического выпрямления указанных лазерных импульсов с образованием черенковского конуса, и размещенную на выходе вырабатываемого терагерцового излучения оптическую призму, прозрачную в терагерцовом диапазоне частот и контактирующую одной из своих граней с указанной пластиной по всей лицевой поверхности пластины.
В указанной статье линейно поляризованные ультракороткие лазерные импульсы фокусируются на торцевую поверхность пластины LiNbO3 толщиной 35 мкм и возбуждают импульсы нелинейной поляризации, которые распространяется в пластине LiNbO3 и излучают широкополосное терагерцовое излучение в виде расходящегося конуса. Вывод терагерцового излучения осуществляется через приклеенную к пластине LiNbO3 призму из высокоомного кремния (схема устройства показана на фиг. 1 в указанной статье).
Недостатком прототипа является наличие провалов в спектре излучения связанных с деструктивной интерференцией волн, выходящих из пластины LiNbO3 напрямую в кремниевую призму и после отражения на нижней границе пластины LiNbO3. Провал в спектре наблюдается на частоте ≈ 1,3 ТГц (см. в указанной статье фиг. 4 или фиг. 6b).
Наиболее распространенными в настоящее время являются оптико-терагерцовые преобразователи (см. предыдущие аналоги и прототип), использующие кристалл LiNbO3 в качестве генератора терагерцового излучения и кремниевую призму для вывода терагерцового излучения в свободное пространство, на примере которых раскрывается приведенная выше оценка уровня техники в области оптико-терагерцовых преобразователей. Указанный нелинейный кристалл и призма отвечают требованию, при котором групповой индекс преломления лазерных импульсов накачки в материале нелинейного кристалла меньше фазового индекса преломления терагерцового излучения в призме и затухание терагерцового излучения в призме - незначительно. Поляризация лазерных импульсов накачки параллельна кристаллографической оси [001] кристалла LiNbO3.
Причем особенностью рассматриваемых оптико-терагерцовых преобразователей на кристаллах LiNbO3 является указанная выше ориентация поляризации лазерных импульсов накачки.
Технический результат заявляемого изобретения - создание оптико-терагерцового преобразователя лазерных импульсов в терагерцовое излучение с улучшенными спектральными характеристиками - отсутствием провала в спектре терагерцового излучения в результате устранения деструктивной интерференции за счет предлагаемой ориентации кристаллографических осей нелинейного кристалла по отношению к направлению распространения и направлению поляризации (от фемтосекундных до наносекундных) лазерных импульсов, обеспечивающей ортогональность вектора наведенной нелинейной поляризации по отношению к вектору напряженности электрического поля на одной из образующих терагерцового черенковского конуса, генерируемого вектором нелинейной поляризации, при расширенном интервале толщин нелинейного кристалла, включающем толщины (20-40 мкм), обеспечивающие повышение технологичности изготовления оптико-терагерцового преобразователя, и минимальном использовании технических средств.
Предлагаемый оптико-терагерцовый преобразователь расширяет арсенал приборных средств в области актуальной терагерцовой технологии.
Для достижения указанного технического результата в оптико-терагерцовом преобразователе с черенковским излучением, содержащем преобразующую пластину, выполненную из анизотропного нелинейного кристалла, способного преобразовывать сфокусированные лазерные импульсы, поступающие в пластину через ее торцевую поверхность, в терагерцовое излучение с образованием черенковского конуса, и размещенную на выходе вырабатываемого терагерцового излучения оптическую призму, прозрачную в терагерцовом диапазоне частот и контактирующую одной из своих граней с указанной пластиной по всей лицевой поверхности пластины, преобразующая пластина выполнена из упомянутого кристалла с соблюдением условия ориентации его кристаллографических осей по отношению к направлению распространения и направлению поляризации лазерных импульсов, обеспечивающего ортогональность вектора наведенной нелинейной поляризации по отношению к вектору напряженности электрического поля на одной из образующих терагерцового черенковского конуса, генерируемого вектором нелинейной поляризации, а оптическая призма расположена по отношению к преобразующей пластине противоположно указанной образующей терагерцового черенковского конуса.
В частном случае в оптико-терагерцовом преобразователе преобразующая пластина может быть выполнена из кристалла LiNbO3 с ориентацией кристаллографических осей: ось 001 перпендикулярна плоскости пластины, ось 010 параллельна направлению распространения фемтосекундных лазерных импульсов и ось 100 параллельна вектору поляризации фемтосекундных лазерных импульсов, и толщиной, выбираемой из интервала 20-40 мкм, а оптическая призма может быть выполнена из высокоомного кремния с углом между гранями указанной призмы, выбираемым из интервала 27-60° с предпочтительными подынтервалами 27-32° и 55-60°.
На фиг. 1 представлено схематическое изображение предлагаемого оптико-терагерцового преобразователя; на фиг. 2а - структура терагерцового черенковского излучения в кристалле LiNbO3; на фиг. 2б - ход терагерцового излучения в пластине LiNbO3 и кремниевой призме; на фиг. 3 - сравниваемые спектры терагерцового излучения на выходе из кремниевой призмы для прототипа (пунктирная линия) и предлагаемого оптико-терагерцового преобразователя (сплошная линия).
Предлагаемый оптико-терагерцовый преобразователь с черенковским излучением содержит (см. фиг. 1): пластину 1 анизотропного нелинейного материала толщиной 20-40 мкм; призму 2 из материала прозрачного в терагерцовом диапазоне частот. Соединение призмы и пластины (место соединения грань A1B1C1D1) происходит при помощи глубокого оптического контакта или клея. Грани AA1D1D, BB1C1C и B1B2C2C1 оптически полированы.
В качестве нелинейного анизотропного материала может быть взят кристалл LiNbO3 с ориентацией кристаллографических осей: ось [001] перпендикулярна плоскости пластинки, ось [010] параллельна направлению распространения фемтосекундных лазерных импульсов и ось [100] параллельна вектору поляризации фемтосекундных лазерных импульсов, и толщиной, выбираемой из интервала 20-40 мкм, а оптическая призма выполнена из высокоомного кремния и с углом, выбираемым из интервала 27-60° с предпочтительными подынтервалами 27-32° и 55-60°.
Данная геометрия обеспечивает при работе предлагаемого преобразователя ортогональность вектора наведенной нелинейной поляризации и вектора напряженности электрического поля на одной из образующих терагерцового черенковского конуса, при этом оптическая призма 2 расположена по отношению к преобразующей пластине 1 противоположно указанной образующей терагерцового черенковского конуса.
Предлагаемый оптико-терагерцовый преобразователь работает следующим образом.
Линейно поляризованные ультракороткие лазерные импульсы фокусируются на торцевую поверхность пластины 1 (LiNbO3) толщиной 20-40 мкм и возбуждают импульсы нелинейной поляризации, которая в виду указанной ориентации кристаллографических осей генерирует сильно ассиметричное терагерцовое излучение, направленное преимущественно в сторону расположения кремниевой призмы 2. Сгенерированное в пластине 1 терагерцовое излучение выходит в свободное пространство через кремниевую призму 2 практически без отражения на границе пластина 1 (LiNbO3) - кремниевая призма 2. Специально подобранный угол призмы 2 минимизирует потери на выход терагерцового излучения в свободное пространство. Временная форма импульсов при этом состоит из двух последовательных разнополярных всплесков амплитуды терагерцового поля, а спектральные характеристики оптико-терагерцового преобразователя улучшаются - не содержат провалов в генерируемом диапазоне терагерцовых частот.
Работоспособность предлагаемого опико-терагерцового преобразователя определяется также известным условием, при котором материалы пластины 1 и призмы 2 отвечают требованию, при котором групповой индекс преломления лазерных импульсов накачки в материале пластины 1 меньше фазового индекса преломления терагерцового излучения в материале призмы 2.
Подтверждением улучшения спектральных характеристик служит следующее расчетное обоснование для получения черенковского конуса в результате оптического выпрямления ультракоротких лазерных импульсов. В качестве нелинейного анизотропного материала рассмотрим LiNbO3 на фиг. 2а. Ультракороткий импульс от титан-сапфирового лазера с длиной волны 800 нм и длительностью 100 фс фокусируется в 30 мкм пластину LiNbO3. Направление распространения лазерного импульса противоположно оси [010]. Поляризация лазерного импульса параллельна оси [100]. Для заданной ориентации кристаллографических осей ненулевые компоненты вектора нелинейной поляризации PNL: рх=-2d31E2 и pz=2d22E2, где Е - амплитуда оптического поля и dij - нелинейные коэффициенты второго порядка в кристалле LiNbO3. Вектор нелинейной поляризации образует угол, равный β=arctan|d22/d13|=35,3° с перпендикуляром к направлению распространения лазерного импульса. Угол раскрытия черенковского конуса найдем из выражения:
где εo и εе - обыкновенная и необыкновенная диэлектрическая постоянная и ng - групповая скорость лазерного импульса в кристалле LiNbO3. Вектор электрической индукции D параллелен образующим конуса. Из-за анизотропии кристалла вектор напряженности электрического поля Е повернут по отношению к D на угол 12,4°. Таким образом, угол между векторами PNL и Е (на одной из образующих конуса) будет близок к 90° и поэтому в этом направлении терагерцовое излучение практически не будет излучаться.
Математически условие ослабления терагерцового поля на одной из образующих черенковского конуса (см. ниже выражение 2) получено из решения уравнений Максвелла (см. например Сивухин Д.В. Общий курс физики. Учебное пособие: Для вузов. В 5 т. Т. III. Электричество. - 4-е изд., стереот. - М.: ФИЗМАТЛИТ; Изд-во МФТИ, 2004. - 656 с.) для безграничного кристалла LiNbO3 и будет выполняться в соответствии с выражением:
Основная часть терагерцового излучения при этом выходит через присоединенную к пластине 1 призму 2. Черенковский угол, который ≈ 21,7°, близок к углу Брюстера на границе пластина 1 (LiNbO3) - кремниевая призма 2, который ≈ 28,3°, поэтому терагерцовое излучение выходит в кремниевую призму 2, практически без отражения на верхней границе пластины 1, что приводит к исчезновению многократных отражений в пластине 1. Подобрав угол α кремниевой призмы 2, угол падения терагерцового излучения на границе призма 2-воздух можно сделать близким к углу Брюстера (θb) ≈ 16,3°, что обеспечит максимальный вывод терагерцового излучения в свободное пространство. На фиг. 2б показаны оптимальные конфигурации призмы 2 при максимальном выводе (выходе) терагерцового излучения, когда острый угол α призмы 2 лежит в диапазоне углов α1 27°-32° или α2 55°-60° (ход терагерцового излучения и границы призмы 2 отмечены пунктиром), в связи с чем данные подынтервалы углов являются предпочтительными при выборе указанного угла призмы 2. Угол ∠B2A1B1 должен быть более 50°, чтобы все сгенерированное терагерцовое излучение вышло в свободное пространство.
Чтобы найти структуру терагерцового поля и спектр излучения, решим уравнения Максвелла для Фурье образов проекций электрического и магнитного поля на оси x, y, z (см. фиг. 2б) в трех однородных областях: кремниевая призма 2, пластина 1 (LiNbO3) и воздух. Используя граничные условия непрерывности, согласуем полученные решения на границах областей. Возьмем обратное преобразование Фурье.
На фиг. 3 сплошной линией построен спектр излучения терагерцового излучения в свободное пространство на выходе из кремниевой призмы 2, пунктиром на той же фигуре представлен спектр терагерцового излучения для обычной ориентации кристаллографических осей кристалла LiNbO3 (см. фиг. 4b в указанной выше статье со сведениями о прототипе на англ. яз. авторов M.I. Bakunov, Е.А. Mashkovich, M.V. Tsarev and S.D. Gorelov). Из сравнения видно, что в спектре терагерцового излучения отсутствует провал.
Изложенный расчет распространяется и на широкий интервал толщин (в том числе и в случае очень тонких нелинейных кристаллов) пластины 1, изготовленной из материала группы анизотропных нелинейных кристаллов.
Улучшение терагерцового спектра излучения (повышение однородности) достигается и при реализации получения черенковского конуса в результате генерации разностных частот наносекундными лазерными импульсами с близкими несущими частотами, что подтверждается аналогичными расчетными доводами.
Таким образом изложенное выше обоснование (работающее и для других анизотропных нелинейных кристаллов) подтверждает улучшенные характеристики спектра терагерцового излучения на выходе предлагаемого преобразователя, а простота конструкции последнего минимизирует использование технических средств при его изготовлении в расширенном интервале толщин преобразующей пластины 1, включающем технологически выгодные толщины.
Claims (2)
1. Оптико-терагерцовый преобразователь с черенковским излучением, содержащий преобразующую пластину, выполненную из анизотропного нелинейного кристалла, способного преобразовывать сфокусированные лазерные импульсы, поступающие в пластину через ее торцевую поверхность, в терагерцовое излучение с образованием черенковского конуса, и размещенную на выходе вырабатываемого терагерцового излучения оптическую призму, прозрачную в терагерцовом диапазоне частот и контактирующую одной из своих граней с указанной пластиной по всей лицевой поверхности пластины, отличающийся тем, что преобразующая пластина выполнена из упомянутого кристалла с соблюдением условия ориентации его кристаллографических осей по отношению к направлению распространения и направлению поляризации лазерных импульсов, обеспечивающего ортогональность вектора наведенной нелинейной поляризации по отношению к вектору напряженности электрического поля на одной из образующих терагерцового черенковского конуса, генерируемого вектором нелинейной поляризации, а оптическая призма расположена по отношению к преобразующей пластине противоположно указанной образующей терагерцового черенковского конуса.
2. Оптико-терагерцовый преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что преобразующая пластина выполнена из кристалла LiNbO3 с ориентацией кристаллографических осей: ось 001 перпендикулярна плоскости пластины, ось 010 параллельна направлению распространения фемтосекундных лазерных импульсов и ось 100 параллельна вектору поляризации фемтосекундных лазерных импульсов, и толщиной, выбираемой из интервала 20-40 мкм, а оптическая призма выполнена из высокоомного кремния с углом между гранями указанной призмы, выбираемым из интервала 27-60° с предпочтительными подынтервалами 27-32° и 55-60°.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2574518C1 true RU2574518C1 (ru) | 2016-02-10 |
Family
ID=
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU175819U1 (ru) * | 2017-03-24 | 2017-12-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Источник узкополосного терагерцового излучения, вырабатываемого в монокристалле ниобата лития в направлении распространения возбуждающих ультракоротких лазерных импульсов |
RU175818U1 (ru) * | 2017-03-24 | 2017-12-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Источник узкополосного терагерцового излучения, вырабатываемого в монокристалле ниобата лития в направлении, обратном распространению возбуждающих ультракоротких лазерных импульсов |
CN107561815A (zh) * | 2017-10-19 | 2018-01-09 | 北京航空航天大学 | 一种高能太赫兹脉冲产生装置及方法 |
RU2655469C1 (ru) * | 2017-03-24 | 2018-05-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Способ генерации узкополосного терагерцового излучения (варианты) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012096398A1 (en) * | 2011-01-14 | 2012-07-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Terahertz-wave element, terahertz-wave detecting device, terahertz time-domain spectroscopy system, and tomography apparatus |
CN103594908A (zh) * | 2013-11-27 | 2014-02-19 | 中国电子科技集团公司第四十一研究所 | 一种基于光整流Cherenkov效应的THz波产生装置 |
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012096398A1 (en) * | 2011-01-14 | 2012-07-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Terahertz-wave element, terahertz-wave detecting device, terahertz time-domain spectroscopy system, and tomography apparatus |
CN103594908A (zh) * | 2013-11-27 | 2014-02-19 | 中国电子科技集团公司第四十一研究所 | 一种基于光整流Cherenkov效应的THz波产生装置 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Koji Suizu, Takayuki Shibuya, Hirohisa Uchida and Kodo Kawase. Prism-coupled Cherenkov phase-matched terahertz wave generation using a DAST crystal. Optics Express, Vol. 18, Issue 4, 2010, pp.3338-3344. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU175819U1 (ru) * | 2017-03-24 | 2017-12-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Источник узкополосного терагерцового излучения, вырабатываемого в монокристалле ниобата лития в направлении распространения возбуждающих ультракоротких лазерных импульсов |
RU175818U1 (ru) * | 2017-03-24 | 2017-12-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Источник узкополосного терагерцового излучения, вырабатываемого в монокристалле ниобата лития в направлении, обратном распространению возбуждающих ультракоротких лазерных импульсов |
RU2655469C1 (ru) * | 2017-03-24 | 2018-05-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Способ генерации узкополосного терагерцового излучения (варианты) |
CN107561815A (zh) * | 2017-10-19 | 2018-01-09 | 北京航空航天大学 | 一种高能太赫兹脉冲产生装置及方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10331010B2 (en) | Terahertz-wave generating element terahertz-wave detecting element and terahertz time-domain spectroscopy device | |
US9304373B2 (en) | Terahertz wave generation element, terahertz wave detection element, and terahertz time domain spectroscope device | |
Hu et al. | Free‐space radiation from electro‐optic crystals | |
Auston | Subpicosecond electro‐optic shock waves | |
US7177071B2 (en) | Semiconductor crystal for generating terahertz waves, terahertz wave-generator incorporating the crystal, semiconductor crystal for detecting terahertz waves, and terahertz waves detector incorporating the crystal | |
US6738397B2 (en) | Solid-state light source apparatus | |
JP2015222414A (ja) | テラヘルツ波発生装置、及びこれを用いた測定装置 | |
JP6779937B2 (ja) | テラヘルツ波発生素子、およびテラヘルツ時間領域分光装置 | |
JP2012068621A (ja) | テラヘルツ波発生素子、テラヘルツ波検出素子、及びテラヘルツ時間領域分光装置 | |
KR101076396B1 (ko) | 테라헤르츠파와 광대역 초연속 스펙트럼의 동시 생성 장치, 그 방법 및 이를 이용한 스펙트로스코피 방법 | |
JP2014185885A (ja) | ホモダイン検波方式電磁波分光測定システム | |
RU2574518C1 (ru) | Оптико-терагерцовый преобразователь с черенковским излучением | |
EP3022601A1 (en) | Terahertz wave generating apparatus and information obtaining apparatus | |
JP6163109B2 (ja) | ホモダイン検波方式電磁波分光測定システム | |
RU175818U1 (ru) | Источник узкополосного терагерцового излучения, вырабатываемого в монокристалле ниобата лития в направлении, обратном распространению возбуждающих ультракоротких лазерных импульсов | |
RU2724974C1 (ru) | Оптико-терагерцовый преобразователь | |
RU2522798C1 (ru) | Оптико-терагерцовый преобразователь | |
RU2655469C1 (ru) | Способ генерации узкополосного терагерцового излучения (варианты) | |
Gao et al. | Terahertz enhancement from terahertz-radiation-assisted large aperture photoconductive antenna | |
RU175819U1 (ru) | Источник узкополосного терагерцового излучения, вырабатываемого в монокристалле ниобата лития в направлении распространения возбуждающих ультракоротких лазерных импульсов | |
Bodrov et al. | Cherenkov-type terahertz generation by optical rectification in KD2PO4 (DKDP) crystal | |
Scaglia | Field-resolved detection of terahertz pulses based on a four-wave mixing nonlinearity | |
RU2637182C2 (ru) | Рабочий узел детектора импульсного терагерцового излучения | |
Bespalov et al. | Nonlinear reflection of extremely short light pulses | |
Bakunov et al. | Strongly subluminal regime of optical-to-terahertz conversion in GaP |