超快光纤激光技术基于超快掺镱光纤激光器的高功率高重频太赫兹脉冲源

2022-01-10 15:26

高功率太赫兹脉冲在基础科学、工业和医疗等领域有着比较广泛的应用。目前获得太赫兹脉冲比较热门的方法有光整流和双色激光驱动等离子体。虽然光整流方法的转换效率较高，但是晶体会吸收驱动激光和太赫兹脉冲，从而导致产生的太赫兹脉冲平均功率不超过20mW。而在后一种方法中，驱动激光平均功率可以大幅度提高，并且太赫兹脉冲的带宽仅仅受限于驱动激光的脉冲宽度，有利于得到更高平均功率、光谱覆盖范围更宽的太赫兹脉冲。

耶拿JENS LIMPERT课题组最近利用高功率的掺镱光纤激光器在气体等离子中产生了重复频率为500KHz、目前平均功率最高为640mW的单周期太赫兹脉冲［1］。

图1 实验装置［1］

实验装置如图1所示，驱动激光前端为基于16路相干合成的高功率掺镱光纤激光器啁啾脉冲放大系统，该系统经过多通腔压缩后得到重复频率为500KHz、平均功率633W、脉冲能量为1．3mJ、脉冲宽度为37fs的脉冲。

图2 产生的太赫兹电场（左）和傅里叶变换后的光谱（右）［1］

压缩后的脉冲被分为10：90两束，其中10％用于空气偏置相干检测来探测太赫兹脉冲时域电场，90％用于产生太赫兹脉冲。90％的脉冲通过BBO中产生一部分倍频成分，然后聚焦到气压为6bar的氩气中，产生了平均功率为640mW、频率范围覆盖0．1－30THz（10um－3mm）的单周期太赫兹脉冲。

整体而言，本文利用双色光在等离子体中产生太赫兹脉冲的方法具有损伤阈值高、带宽不受等离子体的限制等优势，最终产生了宽带高平均功率的单周期太赫兹脉冲。这种脉冲能够对即使强吸收的样品进行宽带光谱分析，并且可以驱动非线性效应从而研究非线性材料特性。

参考文献：

［1］ Joachim Buldt， Henning Stark， Michael Müller， Christian Grebing， César Jauregui， and Jens Limpert，＂Gas－plasma－based generation of broadband terahertz radiation with 640?mW average power，＂ Opt． Lett． 46， 5256－5259 （2021）