Abstract

KTiOPO4 (KTP) crystal is used as the nonlinear medium in a surface-emitted terahertz-wave parametric oscillator for the first time. The oscillating Stokes beam propagates along the x axis of the KTP crystal, the pumping beam propagates with a small incident angle θext to the x axis, and the polarizations of the pumping beam, the Stokes beam, and the THz wave are along the z axis. When θext is changed from 1.250° to 6.000°, the THz wave is intermittently tuned from 3.17 to 3.44 THz, from 4.19 to 5.19 THz, and from 5.55 to 6.13 THz. The maximum output of the THz wave is 336 nJ, obtained at 5.72 THz with a pumping energy of 80 mJ. The two frequency gaps, from 3.44 to 4.19 THz and from 5.19 to 5.55 THz, are located in the vicinities of the A1 modes of 134 and 178.7cm1, which are strongly infrared absorbing.

© 2014 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. K. Kawase, J. Shikata, and H. Ito, J. Phys. D 35, R1 (2002).
  2. T. Ikari, X. B. Zhang, and H. Minamide, Opt. Express 14, 1604 (2006).
    [CrossRef]
  3. K. Imai, K. Kawase, J. Shikata, H. Minamide, and H. Ito, Appl. Phys. Lett. 78, 1026 (2001).
    [CrossRef]
  4. K. Kawase, J. Shikata, H. Minamide, K. Imai, and H. Ito, Appl. Opt. 40, 1423 (2001).
    [CrossRef]
  5. T. J. Edwards, D. Walsh, M. B. Spurr, C. F. Rae, M. H. Dunn, and P. G. Browne, Opt. Express 14, 1582 (2006).
    [CrossRef]
  6. T. D. Wang, Y. Y. Lin, S. Y. Chen, A. C. Chiang, S. T. Lin, and Y. C. Huang, Opt. Express 16, 12571 (2008).
    [CrossRef]
  7. B. Sun, S. X. Li, J. S. Liu, E. B. Li, and J. Q. Yao, Opt. Lett. 36, 1845 (2011).
    [CrossRef]
  8. M. A. Piestrup, R. N. Fleming, and R. H. Pantell, Appl. Phys. Lett. 26, 418 (1975).
    [CrossRef]
  9. I. Shoji, T. Kondo, A. Kitamoto, M. Shirane, and R. Ito, J. Opt. Soc. Am. B 14, 2268 (1997).
  10. A. Hildenbrand, F. R. Wagner, H. Akhouayri, J. Y. Natoli, M. Commandré, F. Théodore, and H. Albrecht, Appl. Opt. 48, 4263 (2009).
    [CrossRef]
  11. J. C. Baumert, F. Schellenberg, W. Lenth, W. Risk, and G. Bjorklund, Appl. Phys. Lett. 51, 2192 (1987).
    [CrossRef]
  12. H. Y. Zhu, G. Zhang, C. H. Huang, Y. Wei, L. X. Huang, and Z. Q. Chen, Opt. Express 16, 2989 (2008).
    [CrossRef]
  13. Y. S. Liu, D. Dentz, and R. Belt, Opt. Lett. 9, 76 (1984).
    [CrossRef]
  14. Z. H. Cong, X. Y. Zhang, Q. P. Wang, Z. J. Liu, X. H. Chen, S. Z. Fan, X. L. Zhang, H. J. Zhang, X. T. Tao, and S. T. Li, Opt. Express 18, 12111 (2010).
    [CrossRef]
  15. K. Kato, IEEE J. Quantum Electron. 27, 1137 (1991).
    [CrossRef]
  16. R. F. Wu, P. B. Phua, K. S. Lai, Y. L. Lim, E. Lau, A. Chng, C. Bonnin, and D. Lupinski, Opt. Lett. 25, 1460 (2000).
    [CrossRef]
  17. Y. F. Chen, Opt. Lett. 30, 400 (2005).
    [CrossRef]
  18. F. F. Su, X. Y. Zhang, W. T. Wang, Z. H. Cong, M. Shi, X. Q. Yang, W. J. Kong, L. L. Ma, and W. D. Wu, Opt. Commun. 305, 201 (2013).
    [CrossRef]
  19. V. Pasiskevicius, C. Canalias, and F. Laurell, Appl. Phys. Lett. 88, 041110 (2006).
    [CrossRef]
  20. H. Jang, G. Strömqvist, V. Pasiskevicius, and C. Canalias, Opt. Express 21, 27277 (2013).
    [CrossRef]
  21. G. Kugel, F. Brehat, B. Wyncke, M. Fontana, G. Marnier, C. C. Nedelec, and J. Mangin, J. Phys. C 21, 5565 (1988).
  22. C. M. Hartwig, D. L. Rousseau, and S. P. S. Porto, Phys. Rev. 188, 1328 (1969).
    [CrossRef]

2013 (2)

F. F. Su, X. Y. Zhang, W. T. Wang, Z. H. Cong, M. Shi, X. Q. Yang, W. J. Kong, L. L. Ma, and W. D. Wu, Opt. Commun. 305, 201 (2013).
[CrossRef]

H. Jang, G. Strömqvist, V. Pasiskevicius, and C. Canalias, Opt. Express 21, 27277 (2013).
[CrossRef]

2011 (1)

2010 (1)

2009 (1)

2008 (2)

2006 (3)

2005 (1)

2002 (1)

K. Kawase, J. Shikata, and H. Ito, J. Phys. D 35, R1 (2002).

2001 (2)

K. Imai, K. Kawase, J. Shikata, H. Minamide, and H. Ito, Appl. Phys. Lett. 78, 1026 (2001).
[CrossRef]

K. Kawase, J. Shikata, H. Minamide, K. Imai, and H. Ito, Appl. Opt. 40, 1423 (2001).
[CrossRef]

2000 (1)

1997 (1)

1991 (1)

K. Kato, IEEE J. Quantum Electron. 27, 1137 (1991).
[CrossRef]

1988 (1)

G. Kugel, F. Brehat, B. Wyncke, M. Fontana, G. Marnier, C. C. Nedelec, and J. Mangin, J. Phys. C 21, 5565 (1988).

1987 (1)

J. C. Baumert, F. Schellenberg, W. Lenth, W. Risk, and G. Bjorklund, Appl. Phys. Lett. 51, 2192 (1987).
[CrossRef]

1984 (1)

1975 (1)

M. A. Piestrup, R. N. Fleming, and R. H. Pantell, Appl. Phys. Lett. 26, 418 (1975).
[CrossRef]

1969 (1)

C. M. Hartwig, D. L. Rousseau, and S. P. S. Porto, Phys. Rev. 188, 1328 (1969).
[CrossRef]

Akhouayri, H.

Albrecht, H.

Baumert, J. C.

J. C. Baumert, F. Schellenberg, W. Lenth, W. Risk, and G. Bjorklund, Appl. Phys. Lett. 51, 2192 (1987).
[CrossRef]

Belt, R.

Bjorklund, G.

J. C. Baumert, F. Schellenberg, W. Lenth, W. Risk, and G. Bjorklund, Appl. Phys. Lett. 51, 2192 (1987).
[CrossRef]

Bonnin, C.

Brehat, F.

G. Kugel, F. Brehat, B. Wyncke, M. Fontana, G. Marnier, C. C. Nedelec, and J. Mangin, J. Phys. C 21, 5565 (1988).

Browne, P. G.

Canalias, C.

H. Jang, G. Strömqvist, V. Pasiskevicius, and C. Canalias, Opt. Express 21, 27277 (2013).
[CrossRef]

V. Pasiskevicius, C. Canalias, and F. Laurell, Appl. Phys. Lett. 88, 041110 (2006).
[CrossRef]

Chen, S. Y.

Chen, X. H.

Chen, Y. F.

Chen, Z. Q.

Chiang, A. C.

Chng, A.

Commandré, M.

Cong, Z. H.

F. F. Su, X. Y. Zhang, W. T. Wang, Z. H. Cong, M. Shi, X. Q. Yang, W. J. Kong, L. L. Ma, and W. D. Wu, Opt. Commun. 305, 201 (2013).
[CrossRef]

Z. H. Cong, X. Y. Zhang, Q. P. Wang, Z. J. Liu, X. H. Chen, S. Z. Fan, X. L. Zhang, H. J. Zhang, X. T. Tao, and S. T. Li, Opt. Express 18, 12111 (2010).
[CrossRef]

Dentz, D.

Dunn, M. H.

Edwards, T. J.

Fan, S. Z.

Fleming, R. N.

M. A. Piestrup, R. N. Fleming, and R. H. Pantell, Appl. Phys. Lett. 26, 418 (1975).
[CrossRef]

Fontana, M.

G. Kugel, F. Brehat, B. Wyncke, M. Fontana, G. Marnier, C. C. Nedelec, and J. Mangin, J. Phys. C 21, 5565 (1988).

Hartwig, C. M.

C. M. Hartwig, D. L. Rousseau, and S. P. S. Porto, Phys. Rev. 188, 1328 (1969).
[CrossRef]

Hildenbrand, A.

Huang, C. H.

Huang, L. X.

Huang, Y. C.

Ikari, T.

Imai, K.

K. Kawase, J. Shikata, H. Minamide, K. Imai, and H. Ito, Appl. Opt. 40, 1423 (2001).
[CrossRef]

K. Imai, K. Kawase, J. Shikata, H. Minamide, and H. Ito, Appl. Phys. Lett. 78, 1026 (2001).
[CrossRef]

Ito, H.

K. Kawase, J. Shikata, and H. Ito, J. Phys. D 35, R1 (2002).

K. Kawase, J. Shikata, H. Minamide, K. Imai, and H. Ito, Appl. Opt. 40, 1423 (2001).
[CrossRef]

K. Imai, K. Kawase, J. Shikata, H. Minamide, and H. Ito, Appl. Phys. Lett. 78, 1026 (2001).
[CrossRef]

Ito, R.

Jang, H.

Kato, K.

K. Kato, IEEE J. Quantum Electron. 27, 1137 (1991).
[CrossRef]

Kawase, K.

K. Kawase, J. Shikata, and H. Ito, J. Phys. D 35, R1 (2002).

K. Kawase, J. Shikata, H. Minamide, K. Imai, and H. Ito, Appl. Opt. 40, 1423 (2001).
[CrossRef]

K. Imai, K. Kawase, J. Shikata, H. Minamide, and H. Ito, Appl. Phys. Lett. 78, 1026 (2001).
[CrossRef]

Kitamoto, A.

Kondo, T.

Kong, W. J.

F. F. Su, X. Y. Zhang, W. T. Wang, Z. H. Cong, M. Shi, X. Q. Yang, W. J. Kong, L. L. Ma, and W. D. Wu, Opt. Commun. 305, 201 (2013).
[CrossRef]

Kugel, G.

G. Kugel, F. Brehat, B. Wyncke, M. Fontana, G. Marnier, C. C. Nedelec, and J. Mangin, J. Phys. C 21, 5565 (1988).

Lai, K. S.

Lau, E.

Laurell, F.

V. Pasiskevicius, C. Canalias, and F. Laurell, Appl. Phys. Lett. 88, 041110 (2006).
[CrossRef]

Lenth, W.

J. C. Baumert, F. Schellenberg, W. Lenth, W. Risk, and G. Bjorklund, Appl. Phys. Lett. 51, 2192 (1987).
[CrossRef]

Li, E. B.

Li, S. T.

Li, S. X.

Lim, Y. L.

Lin, S. T.

Lin, Y. Y.

Liu, J. S.

Liu, Y. S.

Liu, Z. J.

Lupinski, D.

Ma, L. L.

F. F. Su, X. Y. Zhang, W. T. Wang, Z. H. Cong, M. Shi, X. Q. Yang, W. J. Kong, L. L. Ma, and W. D. Wu, Opt. Commun. 305, 201 (2013).
[CrossRef]

Mangin, J.

G. Kugel, F. Brehat, B. Wyncke, M. Fontana, G. Marnier, C. C. Nedelec, and J. Mangin, J. Phys. C 21, 5565 (1988).

Marnier, G.

G. Kugel, F. Brehat, B. Wyncke, M. Fontana, G. Marnier, C. C. Nedelec, and J. Mangin, J. Phys. C 21, 5565 (1988).

Minamide, H.

Natoli, J. Y.

Nedelec, C. C.

G. Kugel, F. Brehat, B. Wyncke, M. Fontana, G. Marnier, C. C. Nedelec, and J. Mangin, J. Phys. C 21, 5565 (1988).

Pantell, R. H.

M. A. Piestrup, R. N. Fleming, and R. H. Pantell, Appl. Phys. Lett. 26, 418 (1975).
[CrossRef]

Pasiskevicius, V.

H. Jang, G. Strömqvist, V. Pasiskevicius, and C. Canalias, Opt. Express 21, 27277 (2013).
[CrossRef]

V. Pasiskevicius, C. Canalias, and F. Laurell, Appl. Phys. Lett. 88, 041110 (2006).
[CrossRef]

Phua, P. B.

Piestrup, M. A.

M. A. Piestrup, R. N. Fleming, and R. H. Pantell, Appl. Phys. Lett. 26, 418 (1975).
[CrossRef]

Porto, S. P. S.

C. M. Hartwig, D. L. Rousseau, and S. P. S. Porto, Phys. Rev. 188, 1328 (1969).
[CrossRef]

Rae, C. F.

Risk, W.

J. C. Baumert, F. Schellenberg, W. Lenth, W. Risk, and G. Bjorklund, Appl. Phys. Lett. 51, 2192 (1987).
[CrossRef]

Rousseau, D. L.

C. M. Hartwig, D. L. Rousseau, and S. P. S. Porto, Phys. Rev. 188, 1328 (1969).
[CrossRef]

Schellenberg, F.

J. C. Baumert, F. Schellenberg, W. Lenth, W. Risk, and G. Bjorklund, Appl. Phys. Lett. 51, 2192 (1987).
[CrossRef]

Shi, M.

F. F. Su, X. Y. Zhang, W. T. Wang, Z. H. Cong, M. Shi, X. Q. Yang, W. J. Kong, L. L. Ma, and W. D. Wu, Opt. Commun. 305, 201 (2013).
[CrossRef]

Shikata, J.

K. Kawase, J. Shikata, and H. Ito, J. Phys. D 35, R1 (2002).

K. Kawase, J. Shikata, H. Minamide, K. Imai, and H. Ito, Appl. Opt. 40, 1423 (2001).
[CrossRef]

K. Imai, K. Kawase, J. Shikata, H. Minamide, and H. Ito, Appl. Phys. Lett. 78, 1026 (2001).
[CrossRef]

Shirane, M.

Shoji, I.

Spurr, M. B.

Strömqvist, G.

Su, F. F.

F. F. Su, X. Y. Zhang, W. T. Wang, Z. H. Cong, M. Shi, X. Q. Yang, W. J. Kong, L. L. Ma, and W. D. Wu, Opt. Commun. 305, 201 (2013).
[CrossRef]

Sun, B.

Tao, X. T.

Théodore, F.

Wagner, F. R.

Walsh, D.

Wang, Q. P.

Wang, T. D.

Wang, W. T.

F. F. Su, X. Y. Zhang, W. T. Wang, Z. H. Cong, M. Shi, X. Q. Yang, W. J. Kong, L. L. Ma, and W. D. Wu, Opt. Commun. 305, 201 (2013).
[CrossRef]

Wei, Y.

Wu, R. F.

Wu, W. D.

F. F. Su, X. Y. Zhang, W. T. Wang, Z. H. Cong, M. Shi, X. Q. Yang, W. J. Kong, L. L. Ma, and W. D. Wu, Opt. Commun. 305, 201 (2013).
[CrossRef]

Wyncke, B.

G. Kugel, F. Brehat, B. Wyncke, M. Fontana, G. Marnier, C. C. Nedelec, and J. Mangin, J. Phys. C 21, 5565 (1988).

Yang, X. Q.

F. F. Su, X. Y. Zhang, W. T. Wang, Z. H. Cong, M. Shi, X. Q. Yang, W. J. Kong, L. L. Ma, and W. D. Wu, Opt. Commun. 305, 201 (2013).
[CrossRef]

Yao, J. Q.

Zhang, G.

Zhang, H. J.

Zhang, X. B.

Zhang, X. L.

Zhang, X. Y.

F. F. Su, X. Y. Zhang, W. T. Wang, Z. H. Cong, M. Shi, X. Q. Yang, W. J. Kong, L. L. Ma, and W. D. Wu, Opt. Commun. 305, 201 (2013).
[CrossRef]

Z. H. Cong, X. Y. Zhang, Q. P. Wang, Z. J. Liu, X. H. Chen, S. Z. Fan, X. L. Zhang, H. J. Zhang, X. T. Tao, and S. T. Li, Opt. Express 18, 12111 (2010).
[CrossRef]

Zhu, H. Y.

Appl. Opt. (2)

Appl. Phys. Lett. (4)

M. A. Piestrup, R. N. Fleming, and R. H. Pantell, Appl. Phys. Lett. 26, 418 (1975).
[CrossRef]

J. C. Baumert, F. Schellenberg, W. Lenth, W. Risk, and G. Bjorklund, Appl. Phys. Lett. 51, 2192 (1987).
[CrossRef]

K. Imai, K. Kawase, J. Shikata, H. Minamide, and H. Ito, Appl. Phys. Lett. 78, 1026 (2001).
[CrossRef]

V. Pasiskevicius, C. Canalias, and F. Laurell, Appl. Phys. Lett. 88, 041110 (2006).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron. (1)

K. Kato, IEEE J. Quantum Electron. 27, 1137 (1991).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B (1)

J. Phys. C (1)

G. Kugel, F. Brehat, B. Wyncke, M. Fontana, G. Marnier, C. C. Nedelec, and J. Mangin, J. Phys. C 21, 5565 (1988).

J. Phys. D (1)

K. Kawase, J. Shikata, and H. Ito, J. Phys. D 35, R1 (2002).

Opt. Commun. (1)

F. F. Su, X. Y. Zhang, W. T. Wang, Z. H. Cong, M. Shi, X. Q. Yang, W. J. Kong, L. L. Ma, and W. D. Wu, Opt. Commun. 305, 201 (2013).
[CrossRef]

Opt. Express (6)

Opt. Lett. (4)

Phys. Rev. (1)

C. M. Hartwig, D. L. Rousseau, and S. P. S. Porto, Phys. Rev. 188, 1328 (1969).
[CrossRef]

Cited By

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

Alert me when this article is cited.


Figures (7)

Fig. 1.
Fig. 1.

Dispersion relation of the polariton, an elementary excitation generated by combination of a photon and a transverse optical phonon in KTP; the solid line: considering the A1 modes of 268.5, 311, 385, and 687cm1 only; the dash line: adding the A1 modes of 94, 134, 178.7, and 203.7cm1.

Fig. 2.
Fig. 2.

(a) Shape of the crystal KTP used in the TPO. (b) Experimental setup of the KTP-TPO.

Fig. 3.
Fig. 3.

THz-wave output dependence on the polarization of the pump wave.

Fig. 4.
Fig. 4.

Measured polarization of the generated THz wave using a HDPE polarizer.

Fig. 5.
Fig. 5.

Angle-tuning characteristics of the generated THz and Stokes waves in the KTP-TPO.

Fig. 6.
Fig. 6.

Measured energies of the THz and the Stokes waves at different frequencies.

Fig. 7.
Fig. 7.

Input–output characteristics of the KTP-TPO.

Equations (2)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

kT=2πnTΩ=|kp|2+|kS|22|kp||kS|cosθ,
ε(Ω)=ε+jSjΩjTO2ΩjTO2Ω2iΓjTOΩ,

Metrics