文章 | Yu ZQ, Zhang N, Wang JX, Dai ZJ, Gong C et al. 0.35% THz pulse conversion efficiency achieved by Ti:sapphire femtosecond laser filamentation in argon at 1 kHz repetition rate. Opto-Electron Adv 5, 210065 (2022).

  第一作者：余志强

  通讯作者：刘伟伟 教授

  1 研究背景：

      太赫兹(Terahertz, THz)科学与技术，因其在安检成像、医学诊断、军事、通讯、物理天文等领域展示出的巨大应用潜力，在过去20年中得到了各国科研工作者的高度关注。而高功率宽带THz辐射源的研究进展是影响THz波在上述领域应用前景的关键因素。 

      在众多的THz辐射源中，基于飞秒激光成丝的THz辐射源具有宽带(~200 THz)、高强度(100 MV/cm)和没有损伤阈值限制的优点。此外，飞秒激光成丝辐射THz方法可将THz波束缚在光丝等离子体内，通过调控光丝位置实现THz波的远程输送，从而克服衍射和吸收对THz波大气传输的影响，使THz远程遥感成为可能。 

      基于双色场飞秒激光成丝产生THz辐射的方案具有比单色场飞秒激光成丝辐射THz更高的能量转换效率。在该方案中，成丝辐射THz的强度、带宽、偏振等特性会受到包括双色场的时间延迟、色散、偏振、波长、空间走离以及气体环境等在内的众多参数的影响。只有实现对上述参数的有效调控，才能获得高效的THz辐射源。 

  1 论文亮点：

      南开大学刘伟伟教授团队使用单脉冲能量为 6 mJ的飞秒激光脉冲通过β-BBO倍频产生双色光场，通过倾斜α-硼酸钡(α-BBO)晶体实现了双色激光脉冲在空间和时间上的精确重叠，并利用双色波片保证了双色激光具有相同偏振，在氩气中成丝辐射的太赫兹脉冲最大能量达到 21 μJ，THz转换效率达到创纪录的0.35%。 

      实验测量了气体种类对双色场辐射THz效率的影响（图1a），实验结果表明氩气中THz辐射的转换效率最高。在此基础上进一步测量了氩气中不同α-BBO倾斜角度与辐射THz功率的关系（图1b），倾斜α-BBO能更好地实现时间和空间走离的补偿，进而提高THz波的产生效率。该项研究工作实现了双色场成丝辐射THz能量转换效率的突破，对于高强度THz源的研究以及探索强太赫兹辐射与材料的相互作用具有重要意义。 

图1 （a）不同气体中双色飞秒激光成丝辐射太赫兹脉冲能量随泵浦激光能量的变化关系；（b）氩气中双色场成丝辐射太赫兹脉冲能量与α-BBO倾斜角度的关系（底轴）以及与双色场时间延迟的关系（上轴）

      该工作以“0.35% THz pulse conversion efficiency achieved by Ti:sapphire femtosecond laser filamentation in argon at 1 kHz repetition rate”为题发表在Opto-Electronic Advances (光电进展）第9期。 

  论文原文

      Yu ZQ, Zhang N, Wang JX, Dai ZJ, Gong C et al. 0.35% THz pulse conversion efficiency achieved by Ti:sapphire femtosecond laser filamentation in argon at 1 kHz repetition rate. Opto-Electron Adv 5, 210065 (2022).  

      https://www.oejournal.org/article/doi/10.29026/oea.2022.210065