THz generation via optical rectification in a GaP crystal for spectroscopy applications

For this master thesis we designed and implemented a system able to generate THz radiation starting from a Yb doped fiber laser emitting ultra-fast pulses. Optical rectification through a GaP crystal was the method chosen to obtain THz radiation whereas electro-optical sampling using another GaP crystal was used for detection. The generating radiation was broadened in frequency using non-linear effects stemming from a silica PCF and dispersion arising from different elements of the setup was compensated using a pair of chirped mirrors. In particular in the thesis we discuss the theoretical basis behind the non-linear processes used, the issues that might affect each process and impair the final result; also possible applications for the system, with a focus on spectroscopy. Finally we present the actual realisation of the setup with the steps taken to optimise the system and ensure good generation and detection. In the end we were able to observe a radiation centered at 3THz.

Per questa tesi magistrale abbiamo realizzato un sistema ottico in grado di generare radiazione THz partendo da un laser a fibra ottica drogata con Yb capace di emettere pulsazioni ultra-veloci. Il metodo scelto per generare radiazione THz è la rettificazione ottica attraverso un cristallo di GaP, invece per la rivelazione della stessa abbiamo usato l'electro-optical sampling utilizzando un altro cristallo di GaP. La radiazione generatrice è stata allargata in frequenza grazie agli effetti non-lineari introdotti da una PCF in silicio, invece la dispersione dreivante dagli elementi del setup è stata compensata utilizzando una coppia di specchi "chirped". In particolare nella tesi discutiamo le basi teoriche dietro i processi non-lineari utilizzati, le problematiche che riguardano ogni processo e il modo in cui impattano il risultato finale; abbiamo anche discusso potenziali applicazioni, focalizzandoci sulla spettroscopia. Infine, presentiamo la realizzazione effettiva del setup e tutti i passaggi seguiti per ottimizzarlo e garantire un buon risultato finale. Il risultato osservato è stato una radiazione centrata in 3THz.