Generato per la prima volta un pettine di frequenze THz in cavità ottica ad alta potenza

La generazione di impulsi terahertz (THz) a singolo ciclo, ad alta potenza ed elevata frequenza di ripetizione, rappresenta una frontiera tecnologica per applicazioni avanzate in spettroscopia, imaging e comunicazioni. Una delle tecniche più promettenti per ottenere sorgenti THz impusata e sintetizzare pettini di frequenze THz efficienti è la rettificazione ottica (OR) in cristalli non lineari, pompati da laser ultraveloci nel vicino infrarosso. Tuttavia, l’efficienza di conversione tende a diminuire con l’aumento della frequenza di ripetizione, a causa della difficoltà di mantenere elevate potenze di picco.​

In questo lavoro, i ricercatori del IFN-CNR all’interno dell’infrastruttura I-PHOQS, in collaborazione con l’Università degli Studi di Milano, il Politecnico di Milano, la Ruhr-Universität Bochum e la Helmut-Schmidt-Universität, hanno dimostrato per la prima volta generazione di radiazione terahertz (THz) impulsata (single-cycle) tramite rettificazione ottica in una cavità passiva risonante, pompata da un laser commerciale a itterbio operante a 93 MHz di frequenza di ripetizione. L’esperimento utilizza un cristallo di niobato di litio dello spessore di soli 50 µm e, tramite il raggiungimento di potenze intracavità superiori a 1.9 kW, dimostra la generazione di impulsi THz con banda di circa 2 THz e potenza media di prossima al milliwatt. Nel dominio delle frequenze, viene generato un pettine di frequenze THz i cui denti sono equispaziati di 93 MHz e la potenza per ciascun modo è dell’ordine delle centinaia di nW.

Questo approccio innovativo consente di superare diverse limitazioni delle sorgenti THz tradizionali, offrendo una soluzione scalabile e basata su tecnologie laser ampiamente disponibili. Le implicazioni di questa ricerca sono significative per lo sviluppo di sorgenti THz ad alta frequenza di ripetizione, con potenziali applicazioni in spettroscopia ad alta risoluzione, imaging biomedico e sistemi di comunicazione avanzati.​

I risultati completi sono stati pubblicati su APL Photonics il 16 Aprile 2025 tra gli Editor’s pick.​