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Pump-wavelength dependence of terahertz radiation via optical rectification in (110)-oriented ZnTe crystal

Department of Physics, Shanghai University, 99 Shangda Road, Shanghai 200444, People’s Republic of China
Journal of Applied Physics (Impact Factor: 2.21). 07/2008; DOI: 10.1063/1.2938847
Source: IEEE Xplore

ABSTRACT The optical pump-wavelength-dependent generation and detection of terahertz wave in (110)-oriented ZnTe crystal were demonstrated. By using femtosecond laser pulses, terahertz radiation was generated. Both simulations and experimental results show that the terahertz wave in the frequency range of about 4–1 THz can be obtained by tuning the pumping wavelength from 700 to 900 nm. The theoretical analysis shows that the matching between the optical group velocity and terahertz phase velocity plays an important role for terahertz frequency tuning. The present studies also demonstrate that both the terahertz generation and detection are applicable in a single nonlinear optical crystal.

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    ABSTRACT: Cette thèse présente l'étude théorique et expérimentale de la génération et de la mise en forme d'impulsions térahertz (THz). Dans un premier temps, nous avons étudié la génération d'impulsions THz par redressement optique d'impulsions laser femtosecondes intenses dans des cristaux semiconducteurs de ZnTe. Nous avons mis en évidence une forte dépendance de l'efficacité de ce processus de génération avec l'intensité de l'impulsion laser génératrice. Ceci se traduit en particulier par un décalage progressif du spectre vers les basses fréquences et par une évolution anormale de l'énergie THz avec l'intensité laser. Ces comportements résultent d'une combinaison de trois phénomènes : la déplétion de l'impulsion laser au cours de sa propagation dans le cristal, l'absorption de l'onde THz par les porteurs libres créés par absorption à deux photons et une modification de la condition d'accord de phase induite par les porteurs chauds. Dans un deuxième temps, nous avons développé une approche analytique permettant de générer des impulsions THz de formes particulièrement intéressantes pour les expériences de spectroscopie cohérente ou de contrôle cohérent. Nous avons notamment généré des paires d'impulsions verrouillées en phase, des trains d'impulsions, ainsi que des impulsions THz accordables de grande finesse spectrale. Cette technique repose sur le redressement optique d'impulsions laser femtosecondes mises en forme à l'aide d'un masque à cristaux liquides placé dans le plan de Fourier d'une ligne à dispersion nulle. Afin de démontrer la validité de notre approche, nous avons également développé un programme de simulation qui donne des résultats en très bon accord avec l'expérience.
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    ABSTRACT: The process of terahertz generation through optical rectification in a nonlinear crystal is modeled using discretized equivalent current sources. The equivalent terahertz sources are distributed in the active volume and computed based on a separately modeled near-infrared pump beam. This approach can be used to define an appropriate excitation for full-wave electromagnetic numerical simulations of the generated terahertz radiation. This enables predictive modeling of the near-field interactions of the terahertz beam with micro-structured samples, e.g. in a near-field time-resolved microscopy system. The distributed source model is described in detail, and an implementation in a particular full-wave simulation tool is presented. The numerical results are then validated through a series of measurements on square apertures. The general principle can be applied to other nonlinear processes with possible implementation in any full-wave numerical electromagnetic solver.
    Optics Express 07/2012; 20(16):18397-414. · 3.55 Impact Factor