High-Frequency Shift and Extension of the Terahertz Radiation Spectrum up to 10 THz During Optical Rectification of High-Power Few-Cycle Near-Infrared Femtosecond Pump Radiation in a BNA Crystal

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The generation of terahertz radiation in a BNA crystal pumped by 1.24-µm femtosecond laser radiation from a Cr:forsterite laser system with a pulse duration of 100 and 35 fs and a pump density of 10 mJ/cm2 has been realized. The achieved generation efficiency is 0.1%. It is found that a decrease in the pump pulse duration from 100 to 35 fs leads to the generation of high-frequency components in the ranges of 2.5–6.5 THz and 9‒10.5 THz in the generated radiation spectrum. Simulation of the terahertz radiation generation based on the solution of Maxwell’s equations by the finite-difference time-domain method has made it possible to adequately describe the measured spectra. The generation of broadband high-frequency terahertz radiation in the BNA crystal pumped by the Cr:forsterite laser system allows one to consider this schematic as an alternative to sources based on the BNA crystal pumped by a Ti:sapphire laser system.

About the authors

B. V. Rumyantsev

Faculty of Physics, Moscow State University

Email: rumjancev.bv15@physics.msu.ru
119991, Moscow, Russia

N. A. Zhidovtsev

Faculty of Physics, Moscow State University

Email: rumjancev.bv15@physics.msu.ru
119991, Moscow, Russia

A. V. Pushkin

Faculty of Physics, Moscow State University

Email: rumjancev.bv15@physics.msu.ru
119991, Moscow, Russia

E. A. Lobushkin

Faculty of Physics, Moscow State University

Email: rumjancev.bv15@physics.msu.ru
119991, Moscow, Russia

P. A. Shulyndin

Faculty of Physics, Moscow State University

Email: rumjancev.bv15@physics.msu.ru
119991, Moscow, Russia

D. Z. Suleymanova

Faculty of Physics, Moscow State University

Email: rumjancev.bv15@physics.msu.ru
119991, Moscow, Russia

A. B. Savel'ev-trofimov

Faculty of Physics, Moscow State University

Email: rumjancev.bv15@physics.msu.ru
119991, Moscow, Russia

F. V. Potemkin

Faculty of Physics, Moscow State University

Author for correspondence.
Email: rumjancev.bv15@physics.msu.ru
119991, Moscow, Russia

References

  1. Y. Zhang, K. Li, H. Zhao, Frontiers of Optoelectronics 14(1), 4 (2021); issn: 2095-2759, 2095-2767; doi: 10.1007/s12200-020-1052-9; URL: https://link.springer.com/10.1007/s12200-020-1052-9.
  2. S. W. Smye, J. M. Chamberlain, A. J. Fitzgerald, and E. Berry, Phys. Med. Biol. 46(9), R101 (2021); issn: 0031-9155, 1361-6560; doi: 10.1088/0031-9155/46/9/201; URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0031-9155/46/9/201.
  3. L. Yu, L. Hao, T. Meiqiong, H. Jiaoqi, L. Wei, Jinying, C. Xueping, F. Weiling, and Z. Yang, RSC Adv. 9(17), 9354 (2019); issn: 2046-2069; doi: 10.1039/C8RA10605C; URL: http://xlink.rsc.org/?DOI=C8RA10605C.
  4. T. Kampfrath, K. Tanaka, and K. A. Nelson, Nat. Photonics 7(9), 680 (2013); issn: 1749-4885, 1749-4893l; doi: 10.1038/nphoton.2013.184; URL: https://www.nature.com/articles/nphoton.2013.184.
  5. X. C. Zhang, A. Shkurinov, and Y. Zhang, Nat. Photonics 11(1), 16 (2017); issn: 1749-4885, 1749-4893; doi: 10.1038/nphoton.2016.249; URL: https://www.nature.com/articles/nphoton.2016.249.
  6. O. V. Chefonov, A. V. Ovchinnikov, S. A. Romashevskiy, X. Chai, T. Ozaki, A. B. Savel'ev, M. B. Agranat, and V. E. Fortov, Opt. Lett. 42(23), 4889 (2017); issn: 0146-9592, 1539-4794; doi: 10.1364/OL.42.004889; URL: https://opg.optica.org/abstract.cfm?URI=ol-42-23-4889.
  7. K. Reimann, Rep. Prog. Phys. 70(10), 1597 (2007); issn: 0034-4885, 1361-6633; doi: 10.1088/0034-4885/70/10/R02; URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/70/10/R02.
  8. R. Lewis, J. Phys. D: Appl. Phys. 47(37), 374001 (2014); issn: 0022-3727, 1361-6463; doi: 10.1088/0022-3727/47/37/374001; URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0022-3727/47/37/374001.
  9. M. Jazbinsek, U. Puc, A. Abina, and A. Zidansek, Appl. Sci. 9(5), 882 (2019); issn: 2076-3417; doi: 10.3390/app9050882; URL: https://www.mdpi.com/2076-3417/9/5/882.
  10. F. Junginger, A. Sell, O. Schubert, B. Mayer, D. Brida, M. Marangoni, G. Cerullo, A. Leitenstorfer, and R. Huber, Opt. Lett. 35(15), 2645 (2010); issn: 0146-9592, 1539-4794; doi: 10.1364/OL.35.002645; URL: https://opg.optica.org/abstract.cfm?URI=ol-35-15-2645.
  11. H. Roskos, M. Thomson, M. Kreß, and T. L¨o er, Laser Photonics Rev. 1(4), 349 (2007); issn: 18638880, 18638899; doi: 10.1002/lpor.200710025; URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.200710025.
  12. T. I. Oh, Y. S. You, N. Jhajj, E. W. Rosenthal, H. M. Milchberg, and K. Y. Kim, New J. Phys. 15(7), 075002 (2013); issn: 1367-2630; doi: 10.1088/1367-2630/15/7/075002; URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/15/7/075002.
  13. T. I. Oh, Y. J. Yoo, Y. S. You, and K. Y. Kim, Appl. Phys. Lett. 105(4), 041103 (2014); issn: 0003-6951, 1077-3118; doi: 10.1063/1.4891678; URL: https://pubs.aip.org/apl/article/105/4/041103/376624/ Generation - of - strong - terahertz - elds - exceeding-8.
  14. D. Kuk, Y. J. Yoo, E. W. Rosenthal, N. Jhajj, H. M. Milchberg, and K. Y. Kim, Appl. Phys. Lett. 108(12), 121106 (2016); issn: 0003-6951, 1077-3118; doi: 10.1063/1.4944843; URL: https://pubs.aip.org/apl/article/108/12/121106/29958/Generation-of-scalable-terahertz-radiation-from.
  15. A. Pushkin, E. Migal, D. Suleimanova, E. Mareev, and F. Potemkin, Photonics 9(2), 90 (2022); issn: 2304-6732; doi: 10.3390/photonics9020090; URL: https://www.mdpi.com/2304-6732/9/2/90.
  16. C. N. Danson, C. Haefner, J. Bromage et al. (Collaboration), High Power Laser Science and Engineering 7, e54 (2019); issn: 2095-4719, 2052-3289; doi: 10.1017/hpl.2019.36; URL: https://www.cambridge.org/core/product/identifier/S2095471919000367/type/journal_article.
  17. C. D'Amico, A. Houard, M. Franco, B. Prade, A. Mysyrowicz, A. Couairon, and V.T. Tikhonchuk, Phys. Rev. Lett. 98(23), 235002 (2007); issn: 0031-9007, 1079-7114; doi: 10.1103/PhysRevLett.98.235002; URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.98.235002.
  18. H. Hirori, A. Doi, F. Blanchard, and K. Tanaka, Appl. Phys. Lett. 98(9), 091106 (2011); issn: 0003-6951, 1077-3118; doi: 10.1063/1.3560062; URL: https://pubs.aip.org/apl/article/98/9/091106/562284/ Single - cycle - terahertz - pulses - with - amplitudes.
  19. C.P. Hauri, C. Ruchert, C. Vicario, and F. Ardana, Appl. Phys. Lett. 99(16), 161116 (2011); issn: 0003-6951, 1077-3118; doi: 10.1063/1.3655331; URL: https://pubs.aip.org/apl/article/99/16/161116/341147/ Strong - field - single - cycle - THz - pulses - generated - in.
  20. C. Vicario, M. Jazbinsek, A.V. Ovchinnikov, O.V. Chefonov, S. I. Ashitkov, M. B. Agranat, and C. P. Hauri, Opt. Express 23(4), 4573 (2015); issn: 1094-4087; doi: 10.1364/OE.23.004573; URL: https://opg.optica.org/abstract.cfm?URI=oe-23-4-4573.
  21. C. Vicario, C. Ruchert, and C. Hauri, J. Mod. Opt. 62(18), 1480 (2015)); issn: 0950-0340, 1362-3044; doi: 10.1080/09500340.2013.800242; URL: http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/09500340.2013.800242.
  22. Д. З. Сулейманова, Н.А.Жидовцев, Ф.В. Потемкин, Письма в ЖЭТФ 115(1), 71 (2022); issn: 0370274X; doi: 10.31857/S1234567822020021; URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=47484139.
  23. M. Shalaby, C. Vicario, K. Thirupugalmani, S. Brahadeeswaran, and C. P. Hauri, Optics Letters 41(8), 1777 (2016); issn: 0146-9592, 1539-4794; doi: 10.1364/OL.41.001777; URL: https://opg.optica.org/abstract.cfm?URI=ol-41-8-1777.
  24. K. Shibuya, K. Nawata, Y. Nakajima, Y. Fu, E. J. Takahashi, K. Midorikawa, T. Yasui, and H. Minamide, Appl. Phys. Express 14(9), 092004 (2021); issn: 1882-0778, 1882-0786; doi: 10.35848/1882-0786/ac1a48; URL: https://iopscience.iop.org/article/10.35848/1882-0786/ac1a48.
  25. A. Sinko, I. Ozheredov, E. Rudneva, V. Manomenova, N. Kozlova, N. Lobova, A. Voloshin, J.-L. Coutaz, and A. Shkurinov, Electronics 11(17), 2731 (2022); issn: 2079-9292; doi: 10.3390/electronics11172731; URL: https://www.mdpi.com/2079-9292/11/17/2731.
  26. K. Miyamoto, S. Ohno, M. Fujiwara, H. Minamide, H. Hashimoto, and H. Ito, Opt. Express 17(17), 14832 (2009); issn: 1094-4087; doi: 10.1364/OE.17.014832; URL: https://opg.optica.org/abstract.cfm?URI=oe-17-17-14832.
  27. H. Zhao, Y. Tan, T. Wu, G. Steinfeld, Y. Zhang, C. Zhang, L. Zhang, and M. Shalaby, Appl. Phys. Lett. 114(24), 241101 (2019); issn: 0003-6951, 1077-3118; doi: 10.1063/1.5098855; URL: https://pubs.aip.org/apl/article/114/24/241101/594347/ Efficient - broadband - terahertz - generationfrom.
  28. Б. В. Румянцев, А.В. Пушкин, Д. З. Сулейманова, Н.А. Жидовцев, Ф.В. Потемкин, Письма в ЖЭТФ 117(8), 571 (2023); doi: 10.31857/S1234567823080025; URL: http://jetpletters.ru/ps/2418/article_35643.shtml.
  29. С.А. Ахманов, С.Ю. Никитин, Физическая оптика, Издательство Московского Университета, М. (2004).
  30. F. Roeder, M. Shalaby, B. Beleites, F. Ronneberger, and A. Gopal, Opt. Express 28(24), 36274 (2020).
  31. K. Yee, IEEE Trans. Antennas Propag. 14(3), 302 (1966); issn: 0018-926X, 1558-2221; doi: 10.1109/TAP.1966.1138693; URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/1138693/.
  32. B. Wei, L. Cao, F. Wang, and Q. Yang, Int. J. Antennas Propag. 2014, 1 (2014); issn: 1687-5869, 1687-5877; doi: 10.1155/2014/216763; URL: https://www.hindawi.com/journals/ijap/2014/216763/.
  33. J. E. Houle and D.M. Sullivan, Electromagnetic simulation using the FDTD method with Python, third edition, Hoboken, NJ, Wiley (2020), 198 с.; ISBN: 978-1-119-56580-2.
  34. M. Farooqui, N. Dixit, A. Mishra, V. Kumar, A.N. Kaul, A.K. Gupta, J. Opt. 43(2), 137 (2014)l; issn: 0972-8821, 0974-6900; doi: 10.1007/s12596-014-0184-y; URL: http://link.springer.com/10.1007/s12596-014-0184-y.
  35. A. Voronin and A. Zheltikov, Sci. Rep. 7(1), 46111 (2017).
  36. Z. Wang, W. Sun, A. Chen, I. Kosilkin, D. Bale, and L.R. Dalton, Optics Letters 36(15), 2853 (2011); issn: 0146-9592, 1539-4794; doi: 10.1364/OL.36.002853; URL: https://opg.optica.org/abstract.cfm?URI=ol-36-15-2853.
  37. Z.B. Zaccardi, I.C. Tangen, G.A. Valdivia-Berroeta, C. B. Bahr, K.C. Kenney, C. Rader, M. J. Lutz, B. P. Hunter, D. J. Michaelis, and J.A. Johnson, Opt. Express 29(23), 38084 (2021).
  38. I.C. Tangen, G.A. Valdivia-Berroeta, L.K. Heki, Z.B. Zaccardi, E.W. Jackson, C. B. Bahr, S.-H. Ho, D. J. Michaelis, and J.A. Johnson, J. Opt. Soc. Am. 38(9), 2780 (2021); issn: 0740-3224, 1520-8540; doi: 10.1364/JOSAB.420597; URL: https://opg.optica.org/abstract.cfm?URI=josab-38-9-2780.
  39. T. Hattori and K. Takeuchi, Opt. Express 15(13), 8076 (2007); issn: 1094-4087; doi: 10.1364/OE.15.008076; URL: https://opg.optica.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-15-13-8076.
  40. Y. Zhang, X. Zhang, S. Li, J. Gu, Y. Li, Z. Tian, C. Ouyang, M. He, J. Han, and W. Zhang, Sci. Rep. 6(1), 26949 (2016).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Российская академия наук

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».