高重复率太赫兹与紫外光辐射用于高通量超快电子衍射
光学
2026-01-06 v1
摘要
将 femtosecond 级太赫兹 (THz) 和紫外 (UV) 源扩展至高重复率是实现高通量超快光谱和成像应用的关键步骤。然而，由于热效应、相位匹配限制以及材料损伤，如何在高平均功率下高效生成这些辐射仍面临挑战。本文演示了一种基于工作于 40-600 kHz 频率的 Yb:KGW 激光器驱动的宽带 THz 和 UV 生成方案。通过在钇锶锂钛酸铌单晶中进行光学整流产生 THz 辐射，采用线焦几何结构，实现 55-92 nJ 能量、峰值电场 37-90 kV/cm 的单循环脉冲。电动光抽样和光束质量测量表明，可通过在晶体中横向移动生成区来可调控中心频率、带宽和场强。使用较短的泵浦脉冲可保持 THz 的转换效率，而在 100 kHz 处使用较长脉冲则因累积热效应导致 THz 输出降低最高可达四倍。通过在 β 钋钛酸铝中进行级联四次谐波生成产生 257.5 nm 的飞秒 UV 脉冲，在 40 kHz 时转换效率超过 10%，且稳定工作于 600 kHz。这些结果表明，一种紧凑且抗热稳定的高平均功率非线性转换平台已实现，直接适用于下一代高重复率超快电子衍射和光谱系统。
引用
@article{arxiv.2601.02333,
title = {High-repetition-rate terahertz and ultraviolet radiation for high-throughput ultrafast electron diffraction},
author = {Andrey Ryabov and Kasra Amini},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.02333},
year = {2026}
}