Метод генерации терагерцового излучения на основе двухчастотного твердотельного лазера с резонаторами, связанными брэгговской решеткой

Гавриш М.В., Прохорова У.В., Розанов П.К., Сементин В.В., Суханов Г.А., Борейшо А.С., Никоноров Н.В., Погода А.П.

Ссылка для цитирования:

Гавриш М.В, Прохорова У.В., Розанов П.К., Сементин В.В., Суханов Г.А., Борейшо А.С., Никоноров Н.В., Погода А.П. Метод генерации терагерцового излучения на основе двухчастотного твердотельного лазера с резонаторами, связанными брэгговской решеткой // Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 5. С. 51–59. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-05-51-59

Gavrish M.V., Prokhorova U.K., Rozanov P.K., Sementin V.V., Suhanov G.A., Boreysho A.S., Nikonorov N.V., Pogoda A.P. A method for generating terahertz radiation based on a dual-frequency solid-state laser with Bragg grating-coupled cavities [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2026. V. 93. № 5. P. 51–59. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-05-51-59

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Генерация терагерцового излучения с управляемой частотой при нелинейном преобразовании излучения управляемого двухчастотного лазера накачки. Цель работы. Решение задачи получения управляемого терагерцового излучения с помощью широкополосного двухчастотного перестраиваемого лазера на кристалле LiSAF:Cr с оптически связанными резонаторами. Методы. В качестве источника накачки использован импульсный лазер на широкополосной среде LiSAF:Cr с двумя резонаторами, оптически связанными решеткой Брэгга, двухчастотным режимом генерации и возможностью регулировки разности частот. Преобразование разностной частоты излучения источника накачки в терагерцовое излучение осущестлялось посредством генерации разностной частоты в нелинейном кристалле LiNbO3:MgO. Основные результаты. Экспериментально продемонстрирована генерация терагерцового излучения в диапазоне частот 0,5–2,5 ТГц с пиковой мощностью 3,75 мкВт. Практическая значимость. Создание относительно компактного, по сравнению с другими лазерами на основе монокристаллов, источника направленного импульсного излучения терагерцового диапазона. Основываясь на том, что длина волны излучения лазера накачки может быть перестроена в области 100 нм, планируется получить перестраиваемый источник терагерцового излучения. Возможность перестройки частоты критически важна для высокоскоростной адаптивной связи, неинвазивной биомедицинской диагностики и спектроскопии.

Ключевые слова:

решетка Брэгга, управление излучением, оптически связанные резонаторы, высокоомный кремний, выращенный методом зонной плавки, LiSAF:Cr-лазер, кристалл LiNbO3:MgO, генерация низкочастотного терагерцового излучения, генерация методом разностной частоты

Благодарность:

работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках государственного задания «Фундаментальные исследования в области создания устройств и технологий для разработки ключевых узлов высокоскоростных лазерных терминалов космической связи» FZWF-2025-0002.
НИОКТР 125052706438-3

Коды OCIS: 260.2110

Список источников:

1. Fujita K., Horita K., Butron S. Room-temperature terahertz quantum cascade lasers // Photonics Spectra. 2020. V. 54. P. 32.

2. Razeghi M., Lu Q. Room temperature terahertz and frequency combs based on intersubband quantum cascade laser diodes: History and future // Photonics. 2025. V. 12. https://doi.org/10.3390/photonics12010079

3. Vijayraghavan K., Adams R.W., Vizbaras A., et al. Terahertz sources based on Cherenkov difference-frequency generation in quantum cascade lasers // Appl. Phys. Lett. 2012. V. 100. P. 241104. https://doi.org/10.1063/1.4729042

4. Lu Q.Y., Bandyopadhyay N., Slivken S., et al. Widely tuned room temperature terahertz quantum cascade laser sources based on difference-frequency generation // Appl. Phys. Lett. 2012. V. 101. P. 251121. https://doi.org/10.1063/1.4773189

5. Li R., Zhang G., Zhang L., et al. Optical properties of barium borate crystal in the THz range revisited // Opt. Lett. 2025. V. 50. P. 686–689. https://doi.org/10.1364/OL.545511

6. Gupta A., Zhang T., Hanyecz V., et al. Two-photon absorption and its saturation in organic terahertz-generator crystals // Opt. Mater. Exp. 2025. V. 15. P. 2056–2065. https://doi.org/10.1364/OME.557213

7. Pavicevic D., Nishida M., Song J., et al. Tunable narrowband THz generation in the organic crystal BNA // Opt. Lett. 2026. V. 51. Iss. 4. P. 941–944. https://doi.org/10.48550/arXiv.2510.22284

8. Meng X., Wang K., Yu X., et al. Generation and characterization of intense terahertz pulses from DSTMS crystal // Opt. Exp. 2023. V. 31. P. 23923–23930. https://doi.org/10.1364/OE.496248

9. Vijayakumar P., Tadka S.N., Balaraju K., et al. Modified Bridgman assisted ZnTe crystal growth for THz device applications // J. Alloys and Compounds. 2024. V. 1001. P. 175176. http://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.175176

10. Zhang B., Ma Z., Ma J., et al. 1.4‐mJ high energy terahertz radiation from lithium niobates // Laser and Photonics Rev. July 2020. https://doi.org/10.48550/arXiv.2007.09322

11. Tani M., Kinoshita T., Nagase T., et al. Non-ellipsometric detection of terahertz radiation using heterodyne EO sampling in the Cherenkov velocity matching scheme // Opt. Exp. 2013. V. 21. P. 9277–9288. http://doi.org/10.1364/OE.21.009277

12. Xu D.-G., Zhu X.-L., Wang Y.-Y., et al. Optical-induced dielectric tunability properties of DAST crystal in THz range // Chin. Phys. B. 2019. V. 28. № 12. P. 127701. http://doi.org/10.1088/1674-1056/ab4e81

13. Wang R., Fang W., Zhao P., et al. Growth and characteristics of ZnTe single crystal for THz technology // Chin. J. Semiconductors. 2008. V. 29. P. 940–943. https://www.researchgate.net/publication/286014700_Growth_and_characteristics_of_ZnTe_single_crystal_for_THz_technology

14. Olgun H.T., Tian W., Cirmi G., et al. Highly efficient generation of narrowband terahertz radiation driven by a two-spectral-line laser in PPLN // Opt. Lett. 2022. V. 47. № 10. P. 2374. https://doi.org/10.48550/arXiv.2111.06198

15. Kitaeva G.K., Markov D.A., Safronenkov D.A., et al. Prizm couplers with convex output surfaces for nonlinear Cherenkov terahertz generation // Photonics. 2023. V. 10. P. 450. https://doi.org/10.3390/photonics10040450

16. Kurnikov M.A., Abramovsky N.A., Shugurov A.I., et al. Efficient Cherenkov-type optical-to-terahertz conversion of femtosecond oscillator pulses // Photonics. 2024. V. 11. http://doi.org/10.3390/photonics11010062

17. Mine S., Yamamoto N., Kawase K., et al. Collinear injection-seeded terahertz parametric generator // APL Photonics. 2024. V. 9. https://doi.org/10.1063/5.0182369

18. Takeya K., Minami T., Okano H., et al. Enhanced Cherenkov phase matching terahertz wave generation via a magnesium oxide doped lithium niobate ridged waveguide crystal // APL Photonics. 2017. V. 2. https://doi.org/10.1063/1.4968043

19. Molter D., Theuer M., Beigang R. Nanosecond terahertz optical parametric oscillator with a novel quasi phase matching scheme in lithium niobate // Opt. Exp. 2009. V. 17. № 8. https://doi.org/10.1364/OE.17.006623

20. Попов Е.Э., Сергеев А.А., Погода А.П. и др. Импульсная генерация излучения в широком диапазоне длин волн на кристалле LiSrAlF₆:Cr // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 5. С. 11–20. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-05-11-20

Popov E.E., Sergeev A.A., Pogoda A.P., et al. Pulsed lasing in a broad wavelength range in Cr:LiSrAlF₆ crystal // J. Opt. Technol. 2022. V. 89 № 5. P. 255–261. https://doi.org/10.1364/JOT.89.000255