近期，中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室研究团队在高重频强场太赫兹源研究方面取得进展。相关成果以“High-repetition-rate strong-field terahertz source by optical rectification in DSTMS crystal”为题发表于High Power Laser Science and Engineering。
高重频强场太赫兹源可用于高信噪比太赫兹泵浦-探测实验研究和物质检测，而超快激光整流是目前获得这一光源最稳定有效的方法之一。在之前的研究中，利用高能光参量放大器（OP(CP)A）输出红外激光脉冲泵浦太赫兹有机晶体光整流，可在1-6 THz频段获得强场太赫兹波。然而此类装置成本和复杂度较高，且难以实现1 kHz以上的高重频输出。Yb:YAG激光器具有低成本、小型化和高重频等优点，利用其直接驱动非线性晶体，可用于产生高重频太赫兹波，也为强场太赫兹科学的发展带来了新的契机。
在这项工作中，研究团队利用多通反射腔对工业级Yb激光器输出的皮秒激光进行脉冲压缩；通过分析太赫兹晶体相位匹配条件，选择合适的晶体参数；控制泵浦光通量和峰值功率，实现热积累和转换效率的平衡。最终获得重频1-10 kHz可调的强场太赫兹源，频谱覆盖 0.1-8 THz，平均功率大于0.77 mW。1 kHz重频下，单脉冲能量和峰值场强分别为932.8 nJ和819 kV/cm；10 kHz重频下，单脉冲能量和峰值场强分别为77.6 nJ和236 kV/cm。这一研究为集成化高重频强场太赫兹源的发展提供了新的思路，有望在太赫兹光谱学、太赫兹物态调控和太赫兹先进测量设备等相关领域得到广泛应用。
相关工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金项目、中国科学院基础研究领域青年团队计划等支持。
图1. 太赫兹波电场(a)、频谱(b)和焦斑(插图)；晶体相位匹配条件(c)和吸收系数(d)。
图2. 各重复频率下的太赫兹波功率(a)和脉冲能量(b)。
