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Contact grating device with Fabry-Perot resonator for effective terahertz light generation

接触型回折格子法による高強度テラヘルツ光の発生

坪内 雅明; 永島 圭介; 吉田 芙美子; 越智 義浩; 圓山 桃子

Tsubouchi, Masaaki; Nagashima, Keisuke; Yoshida, Fumiko; Ochi, Yoshihiro; Maruyama, Momoko

Heblingらによって概念が提唱された接触型回折格子を実現し、高品質高強度なTHz光発生を目指した。波面傾斜させる回折格子をTHz光発生デバイス(結晶)上に形成することにより、THz光の結晶内光路長が増大することなく大口径化が実現される。本デバイスでは、(a)波面傾斜光を生成する回折光を高効率で得る、(b)高強度励起光照射に耐えうる高いダメージ閾値を有する、の2点を満たすことが特に重要である。Mg-sLiNbO$$_{3}$$結晶は比較的高いダメージ閾値を有するが、回折効率は最大2割程度と低く、高効率なTHz光発生は期待できない。そこでダメージ閾値が高く、かつ高効率な回折が期待されるようなデバイスとして、結晶上に多層膜を蒸着し、その多層膜の表層に回折格子を工作することを考案した。本デバイスにより入射角44.5度で波長1030nmの励起光を照射した場合、回折効率は80%と高い値が得られると期待された。

A novel design for a contact grating device with an incorporated Fabry-Perot resonator is proposed for high-power terahertz light (THz) generation. We deposited a multilayer consisting of Ta$$_{2}$$O$$_{5}$$ and Al$$_{2}$$O$$_{3}$$ on a magnesium-doped stoichiometric LiNbO$$_{3}$$ substrate and fabricated grating grooves on the outermost layer. The multilayer was designed such that conditions for a Fabry-Perot resonator were satisfied for light diffracted by the grating. Consequently, the fraction of light transmitted into the LiNbO$$_{3}$$ substrate, i.e., the diffraction efficiency, was enhanced by the resonator. The diffraction efficiency of the fabricated device was 71%, which is close to the calculated value of 78% from the optimized design. THz light generation was also demonstrated with the contact grating device. The THz output of 0.41 microJ was obtained using NIR pump light of 2.7 mJ.

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パーセンタイル:84.76

分野:Optics

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