JP7416561B2 - テラヘルツ放射線を生成するための方法およびテラヘルツ放射線源 - Google Patents
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Description
Vp,cscos(γ)=VTHz,f (1)
の関係が満たされなければならない。特に、近赤外領域内のポンプ波長の場合、この関係は、LNではγ≒63°、LTではγ≒69°、およびZnTeではγ≒22°~29°でそれぞれ満たされる。
- ポンプビーム12は、階段状接触型回折格子40の段41の幅wの限界面に対して垂直に階段状接触型回折格子40内へカップリングされ、
- 速度整合条件は、平行平面構造を有する光学素子50内で満足され、即ちVp,cscos(γ)=VTHz,fであり、式中vp;csは、ポンプビーム12の群速度であり、vTHz;fは、テラヘルツパルスの位相速度であり、γは、ポンプビーム12の位相フロントに対するポンプビーム12のパルスフロントの傾斜であり、
- 生成されたテラヘルツ放射線60は、光学素子50の出射面52に垂直に光学素子50から出射し(図1を参照のこと)、したがって反射損失は、最小限に低減され、テラヘルツ放射線60は角分散がない。
上記条件は、対応する幾何学的条件の充足を必要とし、即ち
(i)階段状接触型回折格子40の包絡線42は、セグメント化されたパルスフロント46の包絡線47と平行でなければならず、即ち、γ=γNM=atan(h/w)であり、
(ii)セグメント化されたパルスフロント46の平均傾斜は、光学素子50内にカップリングされる前にポンプビーム12の事前傾斜に等しくなければならず、即ち、γ=γ0である。
Claims (20)
- 非線形光学媒体(50)内にテラヘルツ放射線(60)を生成するための方法であって、ポンプビーム(12)がパルスフロント傾斜され、パルスフロント傾斜を有するこのようにして得られた前記ポンプビーム(12)は、撮像光学系(30)を通って誘導され、次いで前記非線形光学媒体(50)内へとカップリングされ、前記テラヘルツ放射線(60)が、前記ポンプビームを用いて、非線形光学プロセスによって、前記非線形光学媒体(50)内に生成され、Vp,cscos(γ)=VTHz,fの速度整合条件を満足するために必要とされる前記ポンプビーム(12)の前記パルスフロント傾斜が、複数のパルスフロント傾斜の合計として誘起され、各パルスフロント傾斜は、少なくとも初段を有し少なくとも最終段を有する後続の段において前記ポンプビーム(12)の部分的なパルスフロント傾斜として別個に誘起され、式中vp,csは、前記ポンプビームの群速度であり、vTHz,fは、テラヘルツパルスの位相速度であり、γは、前記ポンプビーム(12)のパルスフロントと位相フロントとの間に形成される角度であり、前記ポンプビーム(12)のパルスフロント傾斜の最後の段は、前記ポンプビーム(12)を、階段状構造(40)を通って、前記ポンプビーム(12)に対して透明な材料による前記非線形光学媒体内へカップリングすることによって実施され、
前記非線形光学媒体(50)は、互いに本質的に平行である入射表面(51)および出射表面(52)によって画定され、前記非線形光学媒体(50)の前記入射表面(51)は、前記階段状構造(40)として形成され、
前記入射表面(51)に入射する前記ポンプビーム(12)のパルスフロントは、前記階段状構造(40)の包絡線に実質的に平行であることを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法であって、前記ポンプビーム(12)が、最大で数百フェムト秒のパルス長を有する可視、近赤外、または中赤外領域内のレーザパルスであることを特徴とする方法。
- 請求項1または2に記載の方法であって、前記ポンプビーム(12)のパルスフロント傾斜の最初の段が、前記ポンプビーム(12)を、角分散誘起特性を有する光学素子(20)を通して誘導することによって実施され、前記角分散誘起特性を有する光学素子が、回折型光学素子、屈折型光学素子、ならびに、回折型光学素子および屈折型光学素子の組み合わせとして提供される光学素子の群から選択されることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記撮像光学系(30)が、撮像光学系を用いた本質的に知られているパルスフロント傾斜テラヘルツ放射線生成スキームにおいて使用されることが可能である撮像光学系として提供されることを特徴とする方法。
- ポンプビーム(12)を照射するためのポンプ源(10)と、テラヘルツパルスを生成するための、前記ポンプビーム(12)に対して透明な材料による非線形光学媒体とを備える、テラヘルツ放射線源(100)であって、前記ポンプ源(10)および前記非線形光学媒体(50)が、光経路を一緒に画定し、角分散誘起特性を有する光学素子(20)および撮像光学系(30)が、前記光経路内に前記ポンプビームの伝搬方向に順に配置され、これによって前記ポンプ源(10)から前記非線形光学媒体(50)に前記ポンプビーム(12)を案内し、
前記非線形光学媒体(50)は、互いに本質的に平行である入射表面(51)および出射表面(52)によって画定され、
階段状構造(40)が、前記非線形光学媒体(50)の入射表面(51)に形成され、
前記入射表面(51)に入射する前記ポンプビーム(12)のパルスフロントは、前記階段状構造(40)の包絡線に実質的に平行であることを特徴とするテラヘルツ放射線源(100)。 - 請求項5に記載のテラヘルツ放射線源であって、
前記角分散誘起特性を有する光学素子が、回折型光学素子、屈折型光学素子、ならびに、回折型光学素子および屈折型光学素子の組み合わせとして提供される光学素子の群から選択されることを特徴とするテラヘルツ放射線源。 - 請求項5または6に記載のテラヘルツ放射線源であって、
前記撮像光学系(30)が、レンズ、屈折望遠鏡、ミラー、反射望遠鏡、および凹面鏡のうちのいずれか1つを有する撮像光学系を含む群から選択されることを特徴とするテラヘルツ放射線源。 - 請求項5から7のいずれか1項に記載のテラヘルツ放射線源であって、前記階段状構造(40)が、前記非線形光学媒体の材料からできており、前記階段状構造の表面上に第1の方向に順に周期的に配置される段(41)によって形成され、前記段(41)の各々が第1および第2の端(41b、41c)および、各段(41)の同一の角から始まる第3の端(41a)を有し、前記第3の端は、前記第1および第2の端の両方に垂直に延在することを特徴とするテラヘルツ放射線源。
- 請求項8に記載のテラヘルツ放射線源であって、前記角分散誘起特性を有する光学素子が、光学格子であることを特徴とするテラヘルツ放射線源。
- 請求項8または9に記載のテラヘルツ放射線源であって、前記階段状構造を形成する前記段(41)の限界面が互いに対して垂直であり、前記限界面が前記第1および第2の端の一方(41b)および前記第3の端(41a)によって、ならびに前記第1および第2の端の他方(41c)および前記第3の端(41a)によって画定されることを特徴とするテラヘルツ放射線源。
- 請求項8~10のいずれか1項に記載のテラヘルツ放射線源であって、前記階段状構造を形成する前記段(41)の前記第1および第2の端(41b、41c)の寸法(w、h)が、前記ポンプビーム(12)の波長より大きいことを特徴とするテラヘルツ放射線源。
- 請求項11に記載のテラヘルツ放射線源であって、
前記寸法(w、h)は、前記ポンプビーム(12)の波長より、最大限2桁大きいことを特徴とするテラヘルツ放射線源。 - 請求項11または12に記載のテラヘルツ放射線源であって、各段(41)の前記第1および第2の端(41b、41c)の前記寸法(w、h)が、少なくとも数十マイクロメートル、および最大で数百マイクロメートルの範囲にあることを特徴とするテラヘルツ放射線源。
- 請求項5~13のいずれか1項に記載のテラヘルツ放射線源であって、前記非線形光学媒体が、少なくとも1pm/Vの非線形光学係数の材料を含み、そのテラヘルツでの屈折率および可視領域が著しく異なることを特徴とするテラヘルツ放射線源。
- 請求項5~14のいずれか1項に記載のテラヘルツ放射線源であって、前記非線形光学媒体が、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)またはタンタル酸リチウム(LiTaO3)結晶を含むことを特徴とするテラヘルツ放射線源。
- 請求項5~15のいずれか1項に記載のテラヘルツ放射線源であって、前記ポンプビームが、最大数百フェムト秒のパルス長を有する可視、近赤外、または中赤外領域内のレーザパルスによって提供されることを特徴とするテラヘルツ放射線源。
- 請求項5~16のいずれか1項に記載のテラヘルツ放射線源であって、前記非線形光学媒体が、平行平面構造を含むことを特徴とするテラヘルツ放射線源。
- 請求項5~17のいずれか1項に記載のテラヘルツ放射線源であって、
テラヘルツ放射線(60)が、前記出射表面(52)に対して垂直に出射されることを特徴とするテラヘルツ放射線源。 - 請求項1に記載の方法であって、前記テラヘルツ放射線(60)が、光整流によって前記非線形光学媒体内(50)に生成されることを特徴とする方法。
- 請求項1~4および19のうちいずれか1項に記載の方法であって、
前記テラヘルツ放射線(60)が、前記出射表面(52)に対して垂直に出射されることを特徴とする方法。
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ABGARYAN et al.,Investigation of parameters of terahertz pulses generated in singe-domain LiNbO3 crystal by step-wise phase mask,Journal of Contemporary Physics,Armenian Academy of Sciences,2016年04月21日,vol.51, No.1,p.35-p.40 |
PALFALVI et al.,Scalable setup for efficient terahertz generation using a segmented tilted-pulse-front excitation,Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO),米国,IEEE,2018年05月13日,p.1-p.2 |
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