LiNbO, LiTaO, BBO結晶の光整流による多サイクルテラヘルツパルス発生

Multicycle terahertz pulse generation by optical rectification in LiNbO, LiTaO, and BBO crystals.

• Dogeun Jang
• Ki-Yong Kim

抄録

本研究では、ニオブ酸リチウム(LiNbO)バルク結晶中のフェムト秒レーザーパルスを位相整合させた光整流により、14.8THzの多サイクル狭帯域テラヘルツ波を発生させたことを報告する。実験とシミュレーションにより、一般的な光整流プロセスとは逆に、入力レーザーパルスが高度にチャープされた場合にテラヘルツエネルギーが大幅に増大することを示した。この異常な振る舞いは、LiNbO中を伝搬するレーザーパルスが発生するテラヘルツ場によって変調され、その結果、テラヘルツ場を発生させるために光整流をより効果的に駆動する線形電気光学（EO）効果に起因していることがわかった。この共鳴カスケード効果は、入力レーザーパルスが適切にプリチャープされ、さらに3次分散が追加された場合に、テラヘルツ変換効率を大幅に向上させることができる。また、14THzのタンタル酸リチウム（LiTaO）や7THz、10.6THz、14.6THzのホウ酸バリウム（BBO）からも同様の多サイクルテラヘルツ発光が観測されており、これらはすべて狭帯域位相整合光学整流によって生成されている。

We report multicycle, narrowband, terahertz radiation at 14.8 THz produced by phase-matched optical rectification of femtosecond laser pulses in bulk lithium niobate (LiNbO) crystals. Our experiment and simulation show that the output terahertz energy greatly enhances when the input laser pulse is highly chirped, contrary to a common optical rectification process. We find this abnormal behavior is attributed to a linear electro-optic (EO) effect, in which the laser pulse propagating in LiNbO is modulated by the terahertz field it produces, and this in turn drives optical rectification more effectively to produce the terahertz field. This resonant cascading effect can greatly increase terahertz conversion efficiencies when the input laser pulse is properly pre-chirped with additional third order dispersion. We also observe similar multicycle terahertz emission from lithium tantalate (LiTaO) at 14 THz and barium borate (BBO) at 7 THz, 10.6 THz, and 14.6 THz, all produced by narrowband phase-matched optical rectification.