研究目的
研究利用亚微米铌酸锂平板波导产生宽带太赫兹辐射及其以切伦科夫波形式发射的现象。
研究成果
该研究展示了一种核心宽度为720纳米的铌酸锂平板波导中的太赫兹产生过程，可生成具有2.1太赫兹全宽半高带宽的宽带太赫兹辐射。铌酸锂核心区域的亚波长特性能够产生宽带太赫兹辐射，同时将铌酸锂声子共振的高损耗降至最低。
研究不足
该研究目前基于模拟，实验验证正在进行中。实验装置将采用长度为1厘米的铌酸锂平板波导，并使用能量高达200纳焦的激发脉冲。
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[2019年IEEE欧洲激光与光电子学会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与光电子学会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 利用亚微米铌酸锂平板波导产生宽带太赫兹切伦科夫辐射
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[2019年IEEE欧洲激光与光电子学会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与光电子学会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 利用亚微米铌酸锂平板波导产生宽带太赫兹切伦科夫辐射
DOI：10.1109/cleoe-eqec.2019.8872673
出版年份：2019
更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要：
太赫兹（THz）辐射在安全、医疗、通信及消费应用领域具有关键作用。由于铌酸锂（LiNbO3）在此波段具有高非线性系数（d33=180 pm/V [1]），常被用于太赫兹产生。通过将该材料集成于波导结构[2,3]，其产生效率获得显著提升——波导能使泵浦脉冲在毫米级甚至更长距离内保持约束状态。现有太赫兹产生研究采用的波导横向芯层尺寸均大于数微米，但当波导芯层相对于泵浦波长及产生的太赫兹波长均为亚波长时，会产生另一优势：大幅拓宽太赫兹带宽。
本研究报道了一种亚波长SiO2-LiNbO3-SiO2平板波导，能产生宽带太赫兹辐射并以切伦科夫波形式发射。所研究的LiNbO3平板波导横向芯层尺寸为720 nm×4 mm，长度100 μm，采用脉宽50 fs、中心波长780 nm的电场脉冲激发。图1(a)显示产生的太赫兹电场脉冲持续时间<1 ps；图1(b)功率谱显示其中心频率6.9 THz，半高全宽带宽2.1 THz。值得注意的是，LiNbO3在7.6 THz处存在强声子共振[4]，但由于太赫兹辐射以切伦科夫波形式发射，在传播远小于波长的距离后即可脱离亚波长LiNbO3芯层，这一特性显著降低了强声子共振的高损耗，使得辐射可直接在该声子共振频率产生。因此，LiNbO3芯层的亚波长特性大幅提升了太赫兹辐射带宽。图1数据通过时域有限差分模拟获得，其实验验证工作正在进行——实验中将采用长度1 cm的LiNbO3平板波导及最高200 nJ能量的激发脉冲。
作者：
B. N. Carnio，A. Y. Elezzabi
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