Abstract

Using a well-developed transient photocurrent model, we combine theoretical and numerical studies on the production of terahertz (THz) radiation in laser-induced air plasma. Air molecules are excited and then ionized by the laser-pulses mixing the fundamental and second harmonic fields. As a result, a non-vanishing directional photoelectron current emerges, radiating the THz pulse wave. We mainly discuss the influences of optical wavelength on THz radiation in five different cases. Results show that the fundamental-pulse width (50 fs), energy, and relative phase between two pulses are invariant. When the laser wavelength (from 400 nm to 1.25 \mu m) becomes longer, the emitted THz fields are significantly enhanced, with a linear dependence on the optical wavelength.

© 2013 Chinese Optics Letters

PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. H. Hamster, A. Sullivan, S. Gordon, W. White, and R. W. Falcone, Phys. Rev. Lett. 71, 2725 (1993).
  2. H. Hamster, A. Sullivan, S. Gordon, and R. W. Falcone, Phys. Rev. E 49, 671 (1994).
  3. T. Bartel, P. Gaal, K. Reimann, M. Woerner, and T. Elsaesser, Opt. Lett. 30, 2805 (2005).
  4. K. Y. Kim, A. J. Taylor, J. H. Glownia, and G. Rodriguez, Nat. Photon. 2, 605 (2008).
  5. X. Zhang and J. Xu, Introduction to THz Wave Photonics (Springer, Berlin, 2009).
  6. W. Wang, Z. Sheng, Y. Li, L. Chen, Q. Dong, X. Lu, J. Ma, and J. Zhang, Chin. Opt. Lett. 9, 110002 (2011).
  7. M. S. Sherwin, C. A. Schmuttenmaer, and P. H. Bucksbaum, http://www.er.doe.gov/bes/reports/files/THz rpt.pdf (2004).
  8. T. Loffler, F. Jacob, and H. G. Roskos, Appl. Phys. Lett. 77, 453 (2000).
  9. T. Loffler and H. G. Roskos, J. Appl. Phys. 91, 2611 (2002).
  10. D. J. Cook and R. M. Hochstrasser, Opt. Lett. 25, 1210 (2000).
  11. X. Xie, J. Dai, M. Yamaguchi, and X. Zhang, Proc. SPIE 6212, 62120N (2006).
  12. K. Y. Kim, J. H. Glownia, A. J. Taylor, and G. Rodriguez, Opt. Express 15, 4577 (2007).
  13. K. Y. Kim, Phys. Plasmas 16, 056706 (2009).
  14. M. Kress, T. Loffler, S. Eden, M. Thomson, and H. G. Roskos, Opt. Lett. 29, 1120 (2004).
  15. X. Xie, J. Dai, and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 96, 075005 (2006).
  16. N. Karpowicz and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 102, 093001 (2009).
  17. J. Dai, N. Karpowicz, and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 103, 023001 (2009).
  18. H. Wen and A. M. Lindenberg, Phys. Rev. Lett. 103, 023902 (2009).
  19. G. Rodriguez and G. L. Dakovski, Opt. Express 18, 15130 (2010).
  20. D. W. Schumacher and P. H. Bucksbaum, Phys. Rev. A 54, 4271 (1996).
  21. M. D. Thomson, M. Kre, T. Loffler, and H. G. Roskos, Laser Photon. Rev. 1, 349 (2007).
  22. N. B. Delone and V. P. Krainov, Atoms in Strong Light Fields (Springer-Verlag, Berlin, 1985).
  23. M. Clerici, M. Peccianti, B. E. Schmidt, L. Caspani, M. Shalaby, M. Giguere, A. Lotti, A. Couairon, F. Legare, T. Ozaki, D. Faccio, and R. Morandotti, arXiv 1207, 4754 (2012).

2012 (1)

M. Clerici, M. Peccianti, B. E. Schmidt, L. Caspani, M. Shalaby, M. Giguere, A. Lotti, A. Couairon, F. Legare, T. Ozaki, D. Faccio, and R. Morandotti, arXiv 1207, 4754 (2012).

2011 (1)

2010 (1)

2009 (4)

N. Karpowicz and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 102, 093001 (2009).

J. Dai, N. Karpowicz, and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 103, 023001 (2009).

H. Wen and A. M. Lindenberg, Phys. Rev. Lett. 103, 023902 (2009).

K. Y. Kim, Phys. Plasmas 16, 056706 (2009).

2008 (1)

K. Y. Kim, A. J. Taylor, J. H. Glownia, and G. Rodriguez, Nat. Photon. 2, 605 (2008).

2007 (2)

K. Y. Kim, J. H. Glownia, A. J. Taylor, and G. Rodriguez, Opt. Express 15, 4577 (2007).

M. D. Thomson, M. Kre, T. Loffler, and H. G. Roskos, Laser Photon. Rev. 1, 349 (2007).

2006 (2)

X. Xie, J. Dai, and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 96, 075005 (2006).

X. Xie, J. Dai, M. Yamaguchi, and X. Zhang, Proc. SPIE 6212, 62120N (2006).

2005 (1)

2004 (1)

2002 (1)

T. Loffler and H. G. Roskos, J. Appl. Phys. 91, 2611 (2002).

2000 (2)

D. J. Cook and R. M. Hochstrasser, Opt. Lett. 25, 1210 (2000).

T. Loffler, F. Jacob, and H. G. Roskos, Appl. Phys. Lett. 77, 453 (2000).

1996 (1)

D. W. Schumacher and P. H. Bucksbaum, Phys. Rev. A 54, 4271 (1996).

1994 (1)

H. Hamster, A. Sullivan, S. Gordon, and R. W. Falcone, Phys. Rev. E 49, 671 (1994).

1993 (1)

H. Hamster, A. Sullivan, S. Gordon, W. White, and R. W. Falcone, Phys. Rev. Lett. 71, 2725 (1993).

Bartel, T.

Bucksbaum, P. H.

D. W. Schumacher and P. H. Bucksbaum, Phys. Rev. A 54, 4271 (1996).

Caspani, L.

M. Clerici, M. Peccianti, B. E. Schmidt, L. Caspani, M. Shalaby, M. Giguere, A. Lotti, A. Couairon, F. Legare, T. Ozaki, D. Faccio, and R. Morandotti, arXiv 1207, 4754 (2012).

Chen, L.

Clerici, M.

M. Clerici, M. Peccianti, B. E. Schmidt, L. Caspani, M. Shalaby, M. Giguere, A. Lotti, A. Couairon, F. Legare, T. Ozaki, D. Faccio, and R. Morandotti, arXiv 1207, 4754 (2012).

Cook, D. J.

Couairon, A.

M. Clerici, M. Peccianti, B. E. Schmidt, L. Caspani, M. Shalaby, M. Giguere, A. Lotti, A. Couairon, F. Legare, T. Ozaki, D. Faccio, and R. Morandotti, arXiv 1207, 4754 (2012).

Dai, J.

J. Dai, N. Karpowicz, and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 103, 023001 (2009).

X. Xie, J. Dai, and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 96, 075005 (2006).

X. Xie, J. Dai, M. Yamaguchi, and X. Zhang, Proc. SPIE 6212, 62120N (2006).

Dakovski, G. L.

Dong, Q.

Eden, S.

Elsaesser, T.

Faccio, D.

M. Clerici, M. Peccianti, B. E. Schmidt, L. Caspani, M. Shalaby, M. Giguere, A. Lotti, A. Couairon, F. Legare, T. Ozaki, D. Faccio, and R. Morandotti, arXiv 1207, 4754 (2012).

Falcone, R. W.

H. Hamster, A. Sullivan, S. Gordon, and R. W. Falcone, Phys. Rev. E 49, 671 (1994).

H. Hamster, A. Sullivan, S. Gordon, W. White, and R. W. Falcone, Phys. Rev. Lett. 71, 2725 (1993).

Gaal, P.

Giguere, M.

M. Clerici, M. Peccianti, B. E. Schmidt, L. Caspani, M. Shalaby, M. Giguere, A. Lotti, A. Couairon, F. Legare, T. Ozaki, D. Faccio, and R. Morandotti, arXiv 1207, 4754 (2012).

Glownia, J. H.

K. Y. Kim, A. J. Taylor, J. H. Glownia, and G. Rodriguez, Nat. Photon. 2, 605 (2008).

K. Y. Kim, J. H. Glownia, A. J. Taylor, and G. Rodriguez, Opt. Express 15, 4577 (2007).

Gordon, S.

H. Hamster, A. Sullivan, S. Gordon, and R. W. Falcone, Phys. Rev. E 49, 671 (1994).

H. Hamster, A. Sullivan, S. Gordon, W. White, and R. W. Falcone, Phys. Rev. Lett. 71, 2725 (1993).

Hamster, H.

H. Hamster, A. Sullivan, S. Gordon, and R. W. Falcone, Phys. Rev. E 49, 671 (1994).

H. Hamster, A. Sullivan, S. Gordon, W. White, and R. W. Falcone, Phys. Rev. Lett. 71, 2725 (1993).

Hochstrasser, R. M.

Jacob, F.

T. Loffler, F. Jacob, and H. G. Roskos, Appl. Phys. Lett. 77, 453 (2000).

Karpowicz, N.

N. Karpowicz and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 102, 093001 (2009).

J. Dai, N. Karpowicz, and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 103, 023001 (2009).

Kim, K. Y.

K. Y. Kim, Phys. Plasmas 16, 056706 (2009).

K. Y. Kim, A. J. Taylor, J. H. Glownia, and G. Rodriguez, Nat. Photon. 2, 605 (2008).

K. Y. Kim, J. H. Glownia, A. J. Taylor, and G. Rodriguez, Opt. Express 15, 4577 (2007).

Kre, M.

M. D. Thomson, M. Kre, T. Loffler, and H. G. Roskos, Laser Photon. Rev. 1, 349 (2007).

Kress, M.

Legare, F.

M. Clerici, M. Peccianti, B. E. Schmidt, L. Caspani, M. Shalaby, M. Giguere, A. Lotti, A. Couairon, F. Legare, T. Ozaki, D. Faccio, and R. Morandotti, arXiv 1207, 4754 (2012).

Li, Y.

Lindenberg, A. M.

H. Wen and A. M. Lindenberg, Phys. Rev. Lett. 103, 023902 (2009).

Loffler, T.

M. D. Thomson, M. Kre, T. Loffler, and H. G. Roskos, Laser Photon. Rev. 1, 349 (2007).

M. Kress, T. Loffler, S. Eden, M. Thomson, and H. G. Roskos, Opt. Lett. 29, 1120 (2004).

T. Loffler and H. G. Roskos, J. Appl. Phys. 91, 2611 (2002).

T. Loffler, F. Jacob, and H. G. Roskos, Appl. Phys. Lett. 77, 453 (2000).

Lotti, A.

M. Clerici, M. Peccianti, B. E. Schmidt, L. Caspani, M. Shalaby, M. Giguere, A. Lotti, A. Couairon, F. Legare, T. Ozaki, D. Faccio, and R. Morandotti, arXiv 1207, 4754 (2012).

Lu, X.

Ma, J.

Morandotti, R.

M. Clerici, M. Peccianti, B. E. Schmidt, L. Caspani, M. Shalaby, M. Giguere, A. Lotti, A. Couairon, F. Legare, T. Ozaki, D. Faccio, and R. Morandotti, arXiv 1207, 4754 (2012).

Ozaki, T.

M. Clerici, M. Peccianti, B. E. Schmidt, L. Caspani, M. Shalaby, M. Giguere, A. Lotti, A. Couairon, F. Legare, T. Ozaki, D. Faccio, and R. Morandotti, arXiv 1207, 4754 (2012).

Peccianti, M.

M. Clerici, M. Peccianti, B. E. Schmidt, L. Caspani, M. Shalaby, M. Giguere, A. Lotti, A. Couairon, F. Legare, T. Ozaki, D. Faccio, and R. Morandotti, arXiv 1207, 4754 (2012).

Reimann, K.

Rodriguez, G.

Roskos, H. G.

M. D. Thomson, M. Kre, T. Loffler, and H. G. Roskos, Laser Photon. Rev. 1, 349 (2007).

M. Kress, T. Loffler, S. Eden, M. Thomson, and H. G. Roskos, Opt. Lett. 29, 1120 (2004).

T. Loffler and H. G. Roskos, J. Appl. Phys. 91, 2611 (2002).

T. Loffler, F. Jacob, and H. G. Roskos, Appl. Phys. Lett. 77, 453 (2000).

Schmidt, B. E.

M. Clerici, M. Peccianti, B. E. Schmidt, L. Caspani, M. Shalaby, M. Giguere, A. Lotti, A. Couairon, F. Legare, T. Ozaki, D. Faccio, and R. Morandotti, arXiv 1207, 4754 (2012).

Schumacher, D. W.

D. W. Schumacher and P. H. Bucksbaum, Phys. Rev. A 54, 4271 (1996).

Shalaby, M.

M. Clerici, M. Peccianti, B. E. Schmidt, L. Caspani, M. Shalaby, M. Giguere, A. Lotti, A. Couairon, F. Legare, T. Ozaki, D. Faccio, and R. Morandotti, arXiv 1207, 4754 (2012).

Sheng, Z.

Sullivan, A.

H. Hamster, A. Sullivan, S. Gordon, and R. W. Falcone, Phys. Rev. E 49, 671 (1994).

H. Hamster, A. Sullivan, S. Gordon, W. White, and R. W. Falcone, Phys. Rev. Lett. 71, 2725 (1993).

Taylor, A. J.

K. Y. Kim, A. J. Taylor, J. H. Glownia, and G. Rodriguez, Nat. Photon. 2, 605 (2008).

K. Y. Kim, J. H. Glownia, A. J. Taylor, and G. Rodriguez, Opt. Express 15, 4577 (2007).

Thomson, M.

Thomson, M. D.

M. D. Thomson, M. Kre, T. Loffler, and H. G. Roskos, Laser Photon. Rev. 1, 349 (2007).

Wang, W.

Wen, H.

H. Wen and A. M. Lindenberg, Phys. Rev. Lett. 103, 023902 (2009).

White, W.

H. Hamster, A. Sullivan, S. Gordon, W. White, and R. W. Falcone, Phys. Rev. Lett. 71, 2725 (1993).

Woerner, M.

Xie, X.

X. Xie, J. Dai, M. Yamaguchi, and X. Zhang, Proc. SPIE 6212, 62120N (2006).

X. Xie, J. Dai, and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 96, 075005 (2006).

Yamaguchi, M.

X. Xie, J. Dai, M. Yamaguchi, and X. Zhang, Proc. SPIE 6212, 62120N (2006).

Zhang, J.

Zhang, X.

N. Karpowicz and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 102, 093001 (2009).

J. Dai, N. Karpowicz, and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 103, 023001 (2009).

X. Xie, J. Dai, and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 96, 075005 (2006).

X. Xie, J. Dai, M. Yamaguchi, and X. Zhang, Proc. SPIE 6212, 62120N (2006).

Appl. Phys. Lett. (1)

T. Loffler, F. Jacob, and H. G. Roskos, Appl. Phys. Lett. 77, 453 (2000).

arXiv (1)

M. Clerici, M. Peccianti, B. E. Schmidt, L. Caspani, M. Shalaby, M. Giguere, A. Lotti, A. Couairon, F. Legare, T. Ozaki, D. Faccio, and R. Morandotti, arXiv 1207, 4754 (2012).

Chin. Opt. Lett. (1)

J. Appl. Phys. (1)

T. Loffler and H. G. Roskos, J. Appl. Phys. 91, 2611 (2002).

Laser Photon. Rev. (1)

M. D. Thomson, M. Kre, T. Loffler, and H. G. Roskos, Laser Photon. Rev. 1, 349 (2007).

Nat. Photon. (1)

K. Y. Kim, A. J. Taylor, J. H. Glownia, and G. Rodriguez, Nat. Photon. 2, 605 (2008).

Opt. Express (2)

Opt. Lett. (3)

Phys. Plasmas (1)

K. Y. Kim, Phys. Plasmas 16, 056706 (2009).

Phys. Rev. A (1)

D. W. Schumacher and P. H. Bucksbaum, Phys. Rev. A 54, 4271 (1996).

Phys. Rev. E (1)

H. Hamster, A. Sullivan, S. Gordon, and R. W. Falcone, Phys. Rev. E 49, 671 (1994).

Phys. Rev. Lett. (5)

H. Hamster, A. Sullivan, S. Gordon, W. White, and R. W. Falcone, Phys. Rev. Lett. 71, 2725 (1993).

X. Xie, J. Dai, and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 96, 075005 (2006).

N. Karpowicz and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 102, 093001 (2009).

J. Dai, N. Karpowicz, and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 103, 023001 (2009).

H. Wen and A. M. Lindenberg, Phys. Rev. Lett. 103, 023902 (2009).

Proc. SPIE (1)

X. Xie, J. Dai, M. Yamaguchi, and X. Zhang, Proc. SPIE 6212, 62120N (2006).

Other (3)

N. B. Delone and V. P. Krainov, Atoms in Strong Light Fields (Springer-Verlag, Berlin, 1985).

X. Zhang and J. Xu, Introduction to THz Wave Photonics (Springer, Berlin, 2009).

M. S. Sherwin, C. A. Schmuttenmaer, and P. H. Bucksbaum, http://www.er.doe.gov/bes/reports/files/THz rpt.pdf (2004).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.