Cristal non linéaire organique revêtu d'un film mince optique pour une génération efficace d'ondes térahertz

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 15082 (2022) Citer cet article

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Dans le processus de génération d'ondes térahertz (THz) par rectification optique d'impulsions femtosecondes infrarouges dans un cristal optique non linéaire, la puissance de l'onde térahertz est directement proportionnelle au carré de la puissance de pompe optique. Par conséquent, une onde térahertz de haute puissance peut être générée à l'aide d'un laser femtoseconde de haute puissance à condition que le cristal ait à la fois un seuil de dommage induit par laser et un coefficient optique non linéaire élevés. Cependant, une quantité importante de puissance de pompage est perdue dans ce processus en raison de la réflexion de Fresnel à la limite air-cristal. Dans cet article, nous démontrons numériquement et expérimentalement que la couche de film optique mince appelée Cytop sur le cristal de tosylate de 4-N, N-diméthylamino-4'-N'-méthyl-stilbazolium (DAST) réduit efficacement la perte de réflexion de la puissance de la pompe , augmentant ainsi l'efficacité d'émission des ondes THz du cristal DAST. Nous avons constaté que la puissance moyenne de l'onde THz émise par le cristal revêtu d'un film mince est d'environ 28 % supérieure à la puissance THz émise par le cristal non revêtu lorsqu'une quantité égale de puissance laser est utilisée. Les cristaux DAST revêtus d'un film mince peuvent être utilisés non seulement dans les systèmes de mesure térahertz mais également dans les dispositifs optiques tels que les modulateurs et les guides d'ondes.

The applications of terahertz (THz) wave have been expanding at an enormous speed in various fields such as biomedical engineering, non-destructive testing, high speed communication and ultrafast spectroscopy1,2,3,4. In these applications, it is important to use a highly efficient terahertz wave source to improve the performance of the measurement system. Various sources such as photoconductive antenna5, non-linear optical crystals6, quantum cascade lasers7 have been developed to emit terahertz wave. Moreover, other sources based on laser plasma interaction8, terahertz spintronics9 and terahertz superconductors10 are also being investigated. Among them, nonlinear optical crystals are very promising for broadband THz wave generation via optical rectification zinc-blende crystals. App. Phys. Lett. 64, 1324–1326 (1994)." href="/articles/s41598-022-17893-7#ref-CR11" id="ref-link-section-d65119338e574"> 11, génération de fréquence différentielle12 et processus paramétriques optiques13. En particulier, le redressement optique des impulsions laser femtoseconde (fs) dans les cristaux optiques non linéaires a attiré une attention particulière en raison de sa capacité à émettre des ondes THz à large bande et à haute puissance.

Des cristaux inorganiques et organiques ont été utilisés pour la génération d'ondes THz par rectification optique. Par exemple, le niobate de lithium est un cristal optique non linéaire inorganique bien connu qui peut produire des ondes THz de haute puissance14,15. De même, le tellurure de zinc16,17,18, le phosphure de gallium19 et l'arséniure de gallium20 ont également été largement utilisés pour émettre des ondes THz à large bande. Cependant, ces cristaux ont des limites telles qu'une faible efficacité de conversion en raison de leurs coefficients non linéaires modérés et de la complexité accrue du système, comme dans le cas de la génération d'ondes THz utilisant un cristal de niobate de lithium via un front incliné d'impulsions laser21. Comparés à ces cristaux inorganiques, les cristaux organiques tels que DAST, HMQ-TMS, DSTMS, OH1 et BNA se sont avérés être d'excellentes sources THz en raison de leurs caractéristiques telles qu'une efficacité de conversion optique à THz élevée en raison d'un coefficient optique non linéaire élevé, faible absorption des ondes térahertz et système de mesure relativement simple en raison de la géométrie d'adaptation de phase colinéaire22,23,24,25,26. Parmi ces cristaux organiques, DAST est l'un des cristaux organiques largement utilisés pour la génération d'ondes THz en raison de son coefficient optique non linéaire élevé (d11 = 290 ± 55 pm/V à λ = 1,5 μm), de sa faible onde optique et térahertz. absorption et seuil élevé d'endommagement induit par le laser27,28,29. De plus, ce cristal peut être pompé par un laser à fibre de télécommunication bien établi et largement disponible avec une longueur d'onde de 1,5 μm30,31.

La génération d'ondes THz à partir de cristaux non linéaires via le redressement optique d'impulsions laser fs est basée sur le mélange de fréquences différentielles de toutes les fréquences dans la bande passante d'une impulsion laser fs. Dans ce processus optique non linéaire du second ordre, la puissance de l'onde THz est directement proportionnelle au carré de la puissance du laser de pompe femtoseconde32,33. Par conséquent, une onde THz de haute intensité peut être générée à l'aide d'un cristal optique non linéaire qui a un seuil de dommage induit par laser élevé, un coefficient optique non linéaire élevé et une faible absorption d'onde THz. Cependant, l'efficacité d'émission THz de ces cristaux est limitée par la perte de réflexion de la puissance de pompe. Lorsqu'un laser de pompe est incident sur une surface cristalline, un pourcentage significatif de la puissance de pompe est réfléchi par l'interface air-cristal donnée par l'équation de Fresnel comme \({\left(\frac{n-1}{n+1}\right) }^{2}\), où n est l'indice de réfraction d'un cristal à la longueur d'onde d'excitation. Cependant, cette perte de réflexion peut être réduite en utilisant une couche anti-reflet sur la surface du cristal avec une épaisseur appropriée34.

Le revêtement antireflet est principalement utilisé pour supprimer les pertes de réflexion de Fresnel lorsque la lumière se propage d'un milieu à un autre milieu et un tel revêtement peut être réalisé soit en déposant un film mince sur la surface du cristal35,36, soit en utilisant un revêtement à indice de réfraction gradué avec sous- structures de longueur d'onde telles que les structures en œil de papillon37,38. Dans cet article, nous rapportons un revêtement antireflet de type film diélectrique appelé Cytop, son procédé de revêtement et son rôle en tant que revêtement antireflet. Nous démontrons numériquement et expérimentalement qu'une telle couche aide à réduire la quantité importante de perte de puissance due à la réflexion et améliore finalement l'efficacité d'émission des ondes térahertz des cristaux optiques non linéaires.

Le revêtement antireflet sur un cristal optique non linéaire peut être réalisé par un film mince diélectrique monocouche. Lorsqu'un film est déposé sur un cristal, le film mince crée deux interfaces : air-film et film-cristal et ces interfaces produisent deux ondes réfléchies comme le montre la Fig. 1. Lorsque ces deux ondes réfléchies ont la même intensité avec leur différence de phase de π, l'énergie totale des ondes réfléchies devient nulle en raison de l'interférence destructive, améliorant ainsi la transmission. Afin de réaliser cette condition, l'indice de réfraction du film doit être inférieur à l'indice de réfraction du cristal dans la longueur d'onde d'intérêt, écrit nfilm < ncristal. De plus, l'épaisseur optique du film mince doit être un multiple impair du quart de la longueur d'onde (nfilm.d = λ/4), où λ est la longueur d'onde du laser incident.

Schéma de principe d'un revêtement antireflet à couche mince sur le cristal DAST.

A l'incidence normale de la lumière, la réflectance s'écrit39

où nair est l'indice de réfraction de l'air, ncrystal est l'indice de réfraction du cristal et nfilm est l'indice de réfraction du film mince. Afin de rendre la valeur de R = 0, le numérateur du bon terme doit être écrit comme

Par conséquent, l'indice de réfraction du film (nfilm) peut être obtenu comme

Dans le cas du cristal DAST (ncristal = 2,13 à λ = 1560 nm), l'indice de réfraction du film (nfilm) est calculé comme √2,13 = 1,45. Dans cette étude, nous avons choisi un polymère appelé Cytop comme revêtement antireflet car son indice de réfraction (nfilm = 1,33 à λ = 1560 nm) est proche de l'indice de réfraction requis obtenu à l'aide de l'Eq. 3. Enfin, l'épaisseur optique requise du film (d) est calculée comme λ/(4.nfilm) ≈ 293 nm.

La formule structurale de Cytop™ (fabriqué par AGC Chemical Inc.) est illustrée à la Fig. 2. Cytop est un fluoropolymère amorphe qui se dissout dans les solvants à base de fluor, et il peut être utilisé comme revêtement en couche mince avec des épaisseurs de quelques centaines de nanomètres. Diverses méthodes de revêtement telles que le revêtement par pulvérisation, le revêtement par centrifugation, le revêtement par immersion et le revêtement par matrice peuvent être utilisées en fonction du matériau et de sa rugosité de surface. Cytop a un indice de réfraction de 1,33 dans la région infrarouge et de 1,43 dans la région de fréquence térahertz40. De plus, il a un faible coefficient d'absorption dans la région de fréquence infrarouge et térahertz, ce qui en fait un matériau approprié pour le revêtement antireflet pour cristal non linéaire pour la génération d'ondes térahertz (pour d'autres propriétés de Cytop, veuillez vous reporter aux informations supplémentaires S1).

Structure chimique de Cytop.

Dans cette expérience, la méthode de revêtement par immersion a été mise en œuvre pour revêtir le cristal DAST avec un Cytop comme revêtement anti-reflet. Dans la première étape, la solution de Cytop (CTL-109AC, fabricant : AGC Chemical Inc.) a été dissoute dans un solvant (CT-SOLV100E, fabricant : AGC Chemical Inc.) et des solutions de Cytop de différentes concentrations (0 %, 1 %, 3%, 5%, 7% et 9%) ont été préparés. Ensuite, les cristaux DAST ont été immergés dans la solution de Cytop et ces cristaux ont été retirés de la solution à une vitesse de tirage de 1 mm/sec. Ces cristaux ont été séchés naturellement à température ambiante pendant 5 min puis séchés au four pendant 1 h à 100 °C. La figure 3 montre les cristaux DAST non revêtus et recouverts d'un film Cytop. De plus amples détails sur le processus de revêtement sont donnés dans la section "Méthodes".

(a) Cristal DAST non revêtu, (b) Cristal DAST revêtu d'un film Cytop.

Dans l'étape suivante, nous avons mesuré l'épaisseur du revêtement Cytop à l'aide d'un ellipsomètre (UVISEL2, fabricant : Horiba Ltd.) et nous avons étudié la dépendance de l'épaisseur du revêtement à la concentration de la solution Cytop, comme indiqué dans le tableau 1. Nous avons également calculé le coefficient de variation (CV) (calculée comme suit : CV = écart type/moyenne × 100 %) pour examiner l'uniformité de l'épaisseur du film optique. Le tableau montre que le coefficient de variation diminue avec l'augmentation de l'épaisseur du revêtement jusqu'à la concentration de la solution de 7 %. Au-delà de cela, le CV augmente car il est difficile de contrôler l'épaisseur du film mince dans la méthode de revêtement par immersion. Comme indiqué dans la section précédente, l'épaisseur optique requise du revêtement Cytop est de 293 nm, nous avons utilisé le cristal DAST recouvert d'une solution Cytop avec une concentration de 5%. Le CV est de 2,4 % pour le cristal avec une épaisseur de couche de 288 nm, montrant une bonne uniformité de l'épaisseur du film.

Étant donné que le cristal DAST est de nature hygroscopique, une attention particulière doit être portée lors du stockage des cristaux. Par conséquent, nous avons étudié l'effet de l'humidité sur la qualité des cristaux enrobés et non enrobés en les plaçant dans une chambre à humidité contrôlée (humidité relative = 80 %, température = 30 °C) pendant 7 jours. Les hydrates de cristaux se forment à la surface du cristal non revêtu alors qu'aucun changement significatif n'a été observé à la surface du cristal revêtu. Ce résultat indique que le cristal DAST revêtu d'un film Cytop est résistant à l'humidité et à l'humidité par rapport au cristal DAST non revêtu.

Afin d'évaluer les performances du film mince Cytop en tant que revêtement antireflet, nous avons d'abord étudié numériquement les propriétés de réflexion et de transmission du laser à travers le cristal avec et sans le revêtement AR.

Lorsqu'un faisceau laser est incident sur un cristal, la réflexion du faisceau laser à partir de la limite air-cristal est calculée à l'aide de l'équation de Fresnel as39

Ici, nair = 1 et ncrystal = 2,13 à λ = 1560 nm pour l'axe a du cristal DAST, ce qui donne une réflectance totale = 13,03 %. Maintenant, la transmittance du cristal est calculée comme

Ici, α est le coefficient d'absorption du cristal DAST (0,7 cm-1 à λ = 1560 nm) et d est l'épaisseur du cristal (0,5 mm). La transmittance totale du cristal DAST non revêtu est calculée à 73,03 %.

Lorsqu'un cristal est recouvert du film mince Cytop des deux côtés avec l'indice de réfraction de 1,33 à λ = 1560 nm, la réflectance est calculée comme

où la réflectance est calculée comme 0,85 %. Enfin, la transmittance est calculée à 94,91 % à l'aide de l'équation écrite ci-dessous

D'après la comparaison, nous avons constaté que la transmittance du cristal est augmentée à 94,91 % avec le revêtement AR, alors que la transmittance n'est que d'environ 73,03 % sans le revêtement AR. Cela démontre clairement que le revêtement AR est efficace pour réduire la perte de réflexion du faisceau de pompe.

Afin d'évaluer expérimentalement la transmission de la lumière laser du cristal DAST, nous avons construit une configuration de mesure utilisant un laser femtoseconde avec une longueur d'onde de 1560 nm et une puissance moyenne de 80 mW (le détail de la configuration expérimentale est donné dans les informations complémentaires S1) . Le faisceau laser a été focalisé sur le cristal à l'aide d'une lentille avec une distance focale de 50,8 mm et la lumière laser transmise à travers le cristal est détectée à l'aide d'un wattmètre optique (FieldMax II, Coherent Inc.). Nous avons mesuré la transmittance des deux cristaux (d = 0,5 mm) avec et sans revêtement anti-reflet. Les valeurs de transmission du cristal avec et sans le revêtement AR sont respectivement de 93,4 % et 74,3 %. Cela indique que la transmittance a augmenté d'environ 26 % lorsque le cristal DAST revêtu d'AR est utilisé. Ces résultats expérimentaux montrent une bonne cohérence avec les valeurs calculées numériquement. Étant donné que le seuil de dommage est un paramètre important lors de l'évaluation des performances du cristal DAST, nous avons précédemment étudié le seuil de dommage induit par laser à λ = 1560 nm pour le cristal DAST recouvert d'un film mince Cytop. Il a été démontré que les cristaux DAST revêtus d'AR résistent à une irradiation laser avec une densité de puissance de 3,6 GW/cm2 pendant 720 minutes36. Par conséquent, aucun dommage induit par laser sur le cristal n'a été observé dans cette expérience. Ici, il est important de noter que le cristal DAST revêtu d'AR n'est pas seulement utile dans la génération THz, mais également dans d'autres applications utilisant un laser telles que les modulateurs optiques à grande vitesse et les détecteurs de champ.

Ensuite, nous avons mesuré l'onde térahertz émise par les deux cristaux et comparé la puissance moyenne des ondes térahertz émises par ces cristaux. La configuration expérimentale est illustrée à la Fig. 4, où nous avons utilisé un laser à fibre femtoseconde (KPhotonics LLC.) avec une longueur d'onde de 1560 nm, une largeur d'impulsion inférieure à 55 fs, un taux de répétition des impulsions de 50 MHz et une puissance moyenne de 80 mW. Le laser femtoseconde a été focalisé sur le cristal DAST à un diamètre de tache de 60 μm à l'aide d'une lentille avec une distance focale de 50,8 mm. Le cristal DAST est fixé dans un support comme indiqué dans l'encadré de la Fig. 4. Nous avons utilisé une plaque d'onde λ/2 pour aligner la polarisation de la lumière laser sur l'axe a du cristal DAST. L'onde térahertz émise a d'abord été collimatée par un miroir parabolique hors axe et focalisée sur le détecteur pyroélectrique calibré (Gentec Inc.). La lumière laser transmise à travers le cristal DAST a été bloquée par une feuille de polypropylène noir, qui a une transmittance de 0% et 70% pour le laser et l'onde THz respectivement (voir informations supplémentaires S1). Le faisceau pompe a été modulé par un hacheur avec une fréquence de 5 Hz.

Schéma de principe de la configuration optique pour mesurer la puissance de l'onde THz. L'encart montre les cristaux DAST montés sur les supports de cristal.

Les lasers femtosecondes sont souvent utilisés dans la génération d'ondes térahertz à haute puissance via un processus optique non linéaire. Par conséquent, la densité de puissance maximale du laser au point focal de la lentille est significativement élevée, induisant une diffusion non linéaire. On considère que ces effets de diffusion se produisent à une densité de puissance de crête de 105 mW/μm2 ou plus41. Ici, nous avons étudié la relation entre le diamètre du faisceau de pompe et la densité de puissance de crête dans notre expérience, comme le montre la Fig. 5. Cela indique que le diamètre du faisceau auquel la densité de puissance devient supérieure à 105 mW/μm2 est de 19,2 μm lorsqu'un laser avec un une largeur d'impulsion de 55 fs, un taux de répétition d'impulsion de 50 MHz et une puissance moyenne de 80 mW sont utilisés. Par conséquent, l'effet de la diffusion non linéaire est considéré comme presque négligeable puisque le faisceau est focalisé à 60 μm dans cette expérience. L'augmentation de la densité de puissance est une pratique courante dans le processus de génération d'ondes térahertz utilisant un cristal optique non linéaire. Par conséquent, ce résultat montre que la relation entre l'effet de diffusion non linéaire et la densité de puissance de crête doit être soigneusement prise en compte lorsque le cristal optique non linéaire revêtu d'un film mince est pompé avec un laser haute puissance pour la génération d'ondes térahertz.

Relation entre le diamètre du faisceau de pompe et la densité de puissance de crête. Le triangle montre une valeur expérimentale dans cette étude. La densité de puissance de 105 mW/μm2 est indiquée par une ligne pointillée pour une référence.

La figure 6 montre la dépendance de la puissance térahertz moyenne émise par les deux cristaux DAST, avec et sans revêtement AR, sur la puissance de pompe incidente. La puissance du laser est variée à l'aide d'un filtre de densité neutre de 0 à 80 mW. Étant donné que la puissance de l'onde THz est directement proportionnelle au carré de la puissance du laser de pompe, une équation polynomiale du second degré a été utilisée pour ajuster les données comme indiqué sur la Fig. 6. Ici, on observe que le rapport de THz la puissance émise par le cristal DAST revêtu à celle du cristal non revêtu reste approximativement constante dans la plage de mesure. La puissance maximale est d'environ 2,08 μW et 1,62 μW respectivement pour le cristal DAST revêtu et non revêtu lorsqu'il est pompé avec une puissance laser de 80 mW. Cela montre que la puissance moyenne de l'onde THz émise par le cristal revêtu d'AR est supérieure de 28 % à la puissance THz émise par le cristal sans le revêtement AR lorsqu'une quantité égale de puissance laser est utilisée. Étant donné que la transmission laser a été augmentée d'environ 26 % lorsque le cristal DAST revêtu a été utilisé, une augmentation de 28 % de la puissance THz obtenue à partir de cette expérience est raisonnable. De plus, nous avons étudié l'efficacité de conversion de puissance optique en térahertz (calculée comme suit : efficacité = puissance térahertz moyenne / puissance laser moyenne × 100 %) lorsque les cristaux ont été pompés avec la puissance d'entrée laser maximale. Nous avons obtenu que le cristal revêtu d'AR a une efficacité de conversion de 0,0026 % alors que le cristal non revêtu a une efficacité de 0,0020 %. Cela montre également l'importance d'un revêtement en couche mince sur un cristal optique non linéaire pour une génération efficace d'ondes térahertz. Dans l'ensemble, il est évident que l'efficacité d'émission du cristal DAST peut être améliorée en utilisant le revêtement AR dessus. La puissance THz émise par le cristal DAST sans revêtement AR est cohérente avec notre résultat précédemment rapporté42. En comparant ces résultats, plus de 20 μW sont attendus du cristal revêtu d'AR lorsqu'il est pompé avec un laser femtoseconde d'une puissance d'environ 280 mW.

Puissance moyenne de l'onde térahertz émise par les cristaux DAST revêtus et non revêtus d'un film antireflet.

Ensuite, nous avons développé un spectromètre térahertz standard dans le domaine temporel afin de comparer le champ électrique dans le domaine temporel et le spectre d'intensité obtenus par les deux cristaux. Les ondes térahertz émises par les cristaux DAST revêtus et non revêtus d'AR sont détectées de manière cohérente par une antenne photoconductrice (le détail de la configuration de mesure est donné dans la section "Méthodes"). Le champ électrique dans le domaine temporel de l'impulsion THz est enregistré en modifiant le temps relatif entre l'impulsion de la pompe et celle de la sonde à l'aide d'un étage de retard mécanique. La figure 7a montre les impulsions THz dans le domaine temporel émises par les deux cristaux. Ici, l'amplitude crête à crête de l'impulsion THz émise par le cristal revêtu et non revêtu est respectivement de 25,0 et 18,7, ce qui indique que l'amplitude de l'impulsion THz est améliorée par le facteur de 1,3. Nous avons également obtenu les spectres d'intensité de ces impulsions électriques THz en utilisant une transformation de Fourier rapide, comme le montre la figure 7b. La gamme de fréquences s'étend de 0,2 THz à environ 8 THz et il est évident que l'intensité THz est augmentée sur toute la gamme de fréquences indiquant que l'amélioration de l'efficacité d'émission d'ondes térahertz est indépendante de la fréquence. Ici, il est intéressant de noter que les creux autour de 1,1 THz et 5,2 THz dans les spectres d'intensité sont dus aux phonons optiques transversaux dans le cristal DAST provenant des liaisons ioniques28,43.

( a ) Impulsion de domaine temporel THz émise par des cristaux DAST revêtus et non revêtus d'AR et ( b ) leurs spectres d'intensité respectifs. La zone ombrée montre la différence d'intensité térahertz émise par les deux cristaux.

Le revêtement AR est une méthode bien établie pour éviter la réflexion de surface, mais son potentiel n'a jamais été exploité pour améliorer l'efficacité du cristal optique non linéaire pour l'émission d'ondes THz. Dans cette étude, nous avons présenté une méthode pour améliorer l'efficacité de la génération d'ondes térahertz en utilisant une couche anti-reflet sur le cristal DAST. Nous avons démontré numériquement et expérimentalement que la transmission du laser à travers le cristal revêtu d'AR est environ 1,26 fois plus élevée qu'avec le cristal non revêtu, indiquant que la réflexion de Fresnel est considérablement réduite en utilisant un revêtement anti-reflet. Dans l'étape suivante, nous avons mesuré l'onde térahertz générée à l'aide des cristaux avec et sans revêtement AR et nous avons confirmé que la puissance moyenne émise par le cristal revêtu AR est d'environ 28 % supérieure à celle de l'onde THz émise à l'aide d'un cristal sans revêtement AR à quantité égale. de puissance laser est utilisée pour exciter les cristaux DAST. Ici, nous avons démontré que le cristal DAST revêtu d'un film Cytop peut être utilisé pour une génération efficace d'ondes THz, mais ces cristaux DAST revêtus d'AR peuvent également être utilisés dans d'autres applications optiques telles que les modulateurs optiques à grande vitesse et les détecteurs de champ électrique afin d'améliorer l'efficacité. du système.

La méthode de revêtement par immersion a été utilisée pour revêtir le cristal DAST, où l'étape la plus importante consiste à préparer une solution de cytop de la concentration souhaitée. Dans notre étude, 5% de solution de cytop ont été utilisés pour obtenir l'épaisseur du revêtement antireflet de 288 nm. Afin de préparer une solution de cytop à 5 %, d'abord 1,029 ml de CTL-109AE (AGC Chemical Inc.) ont été mesurés à l'aide d'une micropipette, qui a ensuite été mélangé avec 2,5 ml de solvant CT-SOLV100E (AGC Chemical Inc.). Cette solution a été placée dans un dip coater. Le système a été conçu de manière à ce que l'échantillon puisse être tiré vers le haut ou vers le bas à la vitesse souhaitée. La solution Cytop a été placée de manière à ce que tout le cristal DAST soit immergé dans la solution Cytop. Ici, une feuille d'élastomère a été attachée au plan bc du cristal DAST et plongée dans la solution. Les taux de pull-down et pull-up du cristal DAST sont respectivement de 3,5 mm/s et 1,0 mm/s. Après trempage, les cristaux DAST ont été laissés sécher naturellement pendant 5 min et retirés de la coucheuse par immersion. Enfin, les cristaux ont été séchés dans une étuve à 100°C pendant une heure.

Nous avons développé un spectromètre de domaine temporel térahertz standard pour enregistrer le profil de domaine temporel des ondes THz émises par un cristal DAST revêtu et non revêtu. Le faisceau laser généré par un laser à fibre (KPhotonics LLC. λ = 1560 nm, largeur d'impulsion < 60 fs, taux de répétition des impulsions = 50 MHz et puissance moyenne = 80 mW) a été divisé en 3: 1 à l'aide d'un coupleur à fibre à maintien de polarisation. Le faisceau puissant est utilisé pour pomper et cristal DAST où la polarisation du laser a été alignée sur l'axe a du cristal DAST à l'aide d'une lame demi-onde. Ce laser est ensuite focalisé sur le cristal DAST à l'aide d'une lentille de focale 50,8 mm. L'onde THz émise est ensuite collimatée à l'aide d'un miroir parabolique hors axe et focalisée sur l'antenne photoconductrice à l'aide d'un autre miroir parabolique hors axe. La seconde moitié du faisceau laser traverse la ligne à retard optique et est couplée à l'antenne photoconductrice (Menlo Systems GmbH, TERA 15-RX-FC). Le faisceau laser transmis à travers le cristal DAST est bloqué à l'aide d'un film de polypropylène noir (BPP) qui a une transmission de 0 % à la longueur d'onde laser, alors que sa transmission à 2 THz est d'environ 70 %. L'impulsion dans le domaine temporel est enregistrée en modifiant le temps relatif entre l'impulsion de la pompe et celle de la sonde à l'aide d'un étage de retard mécanique.

Les ensembles de données utilisés et/ou analysés au cours de la présente étude sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

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Les auteurs tiennent à remercier S. Takagi pour son soutien dans l'expérience au cours de la phase initiale de ce projet. Nous tenons également à remercier le professeur émérite de l'Université de Shizuoka N. Hiromoto pour ses commentaires constructifs. Ce travail est partiellement soutenu par une subvention d'aide à la recherche scientifique (Grant Numbers 21K04174, 17H03535).

Cet article a été financé par la Japan Society for the Promotion of Science (17H03535, 21K04174).

Ces auteurs ont contribué à parts égales : Hirohisa Uchida et Tetsuya Kawauchi.

ARKRAY Inc., Kamigyo-ku, Kyoto, 602-0008, Japon

Hirohisa Uchida et Chisa Koyama

Département d'électronique, Université de Nagoya, Nagoya, Aichi, 464-8603, Japon

Hirohisa Uchida

Département de génie mécanique, Université de Shizuoka, 3-5-1 Johoku, Hamamatsu, Shizuoka, 432-8561, Japon

Tetsuya Kawauchi, Gemma Otake et Saroj R.Tripathi

Institut des sciences moléculaires (IMS), 38 Nishigonaka, Myodaiji, Okazaki, 444-8585, Japon

Kei Takeya

École supérieure des sciences et technologies, Université de Shizuoka, 3-5-1 Johoku, Hamamatsu, Shizuoka, 432-8561, Japon

Saroj R. Tripathi

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HU et CK ont fait croître les cristaux DAST et les ont recouverts d'un film antireflet. TK, GOKT et SRT ont caractérisé les cristaux DAST et mené l'expérience sur la mesure des ondes THz. SRT a coordonné le projet et rédigé le manuscrit avec HU Tous les auteurs ont révisé le manuscrit.

Correspondance à Hirohisa Uchida ou Saroj R. Tripathi.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Uchida, H., Kawauchi, T., Otake, G. et al. Cristal non linéaire organique revêtu d'un film mince optique pour une génération efficace d'ondes térahertz. Sci Rep 12, 15082 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-17893-7

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Reçu : 23 mars 2022

Accepté : 02 août 2022

Publié: 05 septembre 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-17893-7

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