<div>
	Исследование дисперсионных свойств конгруэнтного кристалла ниобата лития терагерцовом диапазоне частот</div>

Шумигай Владимир Сергеевич, Опарин Егор Николаевич, Набилкова Александра Олеговна, Мельник Максим Владимирович, Цыпкин Антон Николаевич, Козлов Сергей Аркадьевич

doi:10.17586/2226-1494-2022-22-4-635-642

2022 , ТОМ 22, НОМЕР 4 ( июль-август )

ISSN 2226-1494 (print), ISSN 2500-0373 (online)

Меню

Публикации

Главный редактор

НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор

Партнеры

doi: 10.17586/2226-1494-2022-22-4-635-642

УДК 535-14

Исследование дисперсионных свойств конгруэнтного кристалла ниобата лития терагерцовом диапазоне частот

Шумигай В.С., Опарин Е.Н., Набилкова А.О., Мельник М.В., Цыпкин А.Н., Козлов С.А.

Читать статью полностью

Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:

Шумигай В.С., Опарин Е.Н., Набилкова А.О., Мельник М.В., Цыпкин А.Н., Козлов С.А. Исследование дисперсионных свойств конгруэнтного кристалла ниобата лития в терагерцовом диапазоне частот // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2022. Т. 22, № 4. С. 635–642. doi: 10.17586/2226-1494-2022-22-4-635-642

Аннотация

Предмет исследования. В терагерцовом диапазоне частот рассмотрены дисперсионные кривые показателя конгруэнтного ниобата лития (cLN), срезанного перпендикулярно осям x и z. Метод. В исследовании применен метод терагецовой спектроскопии с разрешением во времени, основанный на измерении эллиптичности пробного пучка, прошедшего через изначально изотропный детектирующий кристалл, который при воздействии терагерцового поля становится двулучепреломляющим. Величина наведенного двулучепреломления пропорциональна амплитуде терагерцового поля. С помощью фурье-анализа терагерцового импульса, прошедшего через кристалл cLN, и опорного импульса, не взаимодействующего с объектом, построены частотные зависимости показателя преломления и коэффициента поглощения исследуемого объекта. Основные результаты. Представлены дисперсионные кривые показателя преломления для действительной части показателя преломления кристалла cLN, срезанного вдоль плоскостей (100) и (001), в диапазоне частот 0,25–1,25 ТГц. Выполнено моделирование распространения полуторапериодного импульса в средах с дисперсиями на основании данных научных работ других авторов. В результате найдены временные формы выходных сигналов. Сделан вывод о неточности дисперсионных кривых из выбранных работ. Выявлены параметры, оптимизация которых позволила устранить неточности отображения дисперсионной зависимости для высокочастотной области терагерцового спектра. Практическая значимость. Полученные результаты о дисперсии очень важны для проектирования устройств, основанных на нелинейно-оптических эффектах. Полученные результаты полезны для генерации разностных частот, оптического выпрямления и генерации терагерцового излучения, а также для областей, где требуются точные данные о терагерцовых дисперсионных свойствах нелинейных кристаллов, в том числе cLN.

Ключевые слова: терагерцовое излучение, дисперсия, конгруэнтный кристалл, ниобат лития, терагерцовая спектроскопия с разрешением во времени, показатель преломления

Благодарности. Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки Российской Федерации в рамках Государственного задания (Паспорт № 2019-0903).

Список литературы

Glagolewa-Arkadiewa A. Short electromagnetic waves of wave-length up to 82 microns // Nature. 1924. V. 113. N 2844. P. 640–640. https://doi.org/10.1038/113640a0
Evenson K.M., Wells J.S., Matarrese L.M. Absolute Frequency Measurements of The CO₂ CW Laser at 28 THz (10.6μm) // Applied Physics Letters.1970. V. 16. N 6. P. 251–253. https://doi.org/10.1063/1.1653183
Hangyo M., Tani M., Nagashima T. Terahertz time-domain spectroscopy of solids: A review // International Journal of Infrared and Millimeter Waves. 2005. V. 26.N 12. P. 1661–1690. https://doi.org/10.1007/s10762-005-0288-1
Liu M.K., Hwang H.Y., Tao H., Strikwerda A.C., Fan K.B., Keiser G.R., Sternbach A.J., West K.G., Kittiwatanakul S., Lu J.W., Wolf S.A., Omenetto F.G., Zhang X., Nelson K.A., Averitt R.D. Terahertz-field-induced insulator-to-metal transition in vanadium dioxide metamaterial // Nature. 2012. V. 487. N 7407. P. 345–348. https://doi.org/10.1038/nature11231
Tcypkin A.N., Melnik M.V., Zhukova M.O., Vorontsova I.O., Putilin S.E., Kozlov S.A., Zhang X.-C. High Kerr nonlinearity of water in THz spectral range // Optics express. 2019. V. 27. N 8. P. 10419–10425. https://doi.org/10.1364/OE.27.010419
Tcypkin A., Zhukova M., Vorontsova I., Kulya M., Putilin S., Kozlov S., Choudhary S., Boyd R.W. Giant third-order nonlinear response of liquids at terahertz frequencies // Physical Review Applied. 2021. V. 15. N 5. P. 054009. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.15.054009
Kawase K., Sato M., Taniuchi T., Ito H. Coherent tunable THz‐wave generation from LiNbO₃ with monolithic grating coupler // Applied Physics Letters. 1996. V. 68. N 18. P. 2483–2485. https://doi.org/10.1063/1.115828
Bodrov S.B., Ilyakov I.E., Shishkin B.V., Stepanov A.N. Efficient terahertz generation by optical rectification in Si-LiNbO₃-air-metal sandwich structure with variable air gap // Applied Physics Letters. 2012. V. 100. N 20. P. 201114. https://doi.org/10.1063/1.4719674
Nagashima K., Kosuge A. Design of rectangular transmission gratings fabricated in LiNbO₃ for high-power terahertz-wave generation // Japanese Journal of Applied Physics. 2010. V. 49. N 12R. P. 122504. https://doi.org/10.1143/JJAP.49.122504
Zhukova M., Melnik M., Vorontsova I., Tcypkin A., Kozlov S. Estimations of low-inertia cubic nonlinearity featured by electro-optical crystals in the thz range // Photonics. 2020. V. 7. N 4. P. 98. https://doi.org/10.3390/photonics7040098
Neu J., Schmuttenmaer C.A. Tutorial: An introduction to terahertz time domain spectroscopy (THz-TDS) // Journal of Applied Physics. 2018. V. 124. N 23. P. 231101. https://doi.org/10.1063/1.5047659
Peretti R., Mitryukovskiy S., Froberger K., Mebarki M.A., Eliet S., Vanwolleghem M., Lampin J.-F. THz-TDS time-trace analysis for the extraction of material and metamaterial parameters // IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. 2018. V. 9. N 2. P. 136–149. https://doi.org/10.1109/TTHZ.2018.2889227
Nahata A., Weling A.S., Heinz T.F. A wideband coherent terahertz spectroscopy system using optical rectification and electro‐optic sampling // Applied Physics Letters. 1996. V. 69. N 16. P. 2321–2323. https://doi.org/10.1063/1.117511
Pálfalvi L., Hebling J., Kuhl J., Ṕter Á., Polgár K. Temperature dependence of the absorption and refraction of Mg-doped congruent and stoichiometric LiNbO₃ in the THz range // Journal of Applied Physics. 2005. V. 97. N 12. P. 123505. https://doi.org/10.1063/1.1929859
Wang T.D., Lin S.T., Lin Y.Y., Chiang A.C., Huang Y.C. Forward and backward terahertz-wave difference-frequency generations from periodically poled lithium niobate // Optics Express. 2008. V. 16. N 9. P. 6471–6478. https://doi.org/10.1364/OE.16.006471
Дроздов А.А., Козлов С.А. Фазовая самомодуляция однопериодных оптических волн // Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. 2011. № 2(72). С. 99–105.
Grachev Y.V., Osipova M.O., Kuz'mina A.V., Bespalov V.G. Determining the working band of frequencies of a pulsed terahertz spectrometer // Journal of Optical Technology. 2014. V. 81. N 8. P. 468–471. https://doi.org/10.1364/JOT.81.000468
Li D., Ma G., Ge J., Hu S., Dai N. Terahertz pulse shaping via birefringence in lithium niobate crystal // Applied Physics B. 2009. V. 94. N 4. P. 623–628. https://doi.org/10.1007/s00340-008-3334-6
Unferdorben M., Szaller Z., Hajdara I., Hebling J., Pálfalvi L. Measurement of refractive index and absorption coefficient of congruent and stoichiometric lithium niobate in the terahertz range // Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. 2015. V. 36. N 12. P. 1203–1209. https://doi.org/10.1007/s10762-015-0165-5
Mao Z.-L., Hou B.-H., Wang L., Sun Y.-M., Hao W. The study of the terahertz spectral of LiNbO3 crystal // Proc. of the Joint 31^st International Conference on Infrared Millimeter Waves and 14th International Conference on Teraherz Electronics. 2006. P. 465–465. https://doi.org/10.1109/ICIMW.2006.368673
Самарцев В., Козлов С. Основы фемтосекундной оптики. М.: Физматлит, 2009. 292 с.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License