High Power Laser Science and Engineering, Volume. 11, Issue 6, 06000e90(2023)

Extremely powerful and frequency-tunable terahertz pulses from a table-top laser–plasma wiggler

Jie Cai1, Yinren Shou3, Yixing Geng1, Liqi Han2, Xinlu Xu1, Shuangchun Wen2, Baifei Shen4, Jinqing Yu2、*, and Xueqing Yan1,5,6、*
Author Affiliations
  • 1State Key Laboratory of Nuclear Physics and Technology, and Key Laboratory of HEDP of the Ministry of Education, CAPT, Peking University, Beijing, China
  • 2Hunan Provincial Key Laboratory of High-Energy Scale Physics and Applications, School of Physics and Electronics, Hunan University, Changsha, China
  • 3Center for Relativistic Laser Science, Institute for Basic Science, Gwangju, Republic of Korea
  • 4Shanghai Normal University, Shanghai, China
  • 5Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan, China
  • 6Guangdong Laser Plasma Institute, Guangzhou, China
  • show less
    References(57)

    [1] P. H. Siegel. IEEE Trans. Microwave Theory Techn., 50, 910(2002).

    [2] C. Sirtori. Nature, 417, 132(2002).

    [3] R. Ulbricht, E. Hendry, J. Shan, T. F Heinz, M. Bonn. Rev. Mod. Phys., 83, 543(2011).

    [4] W. J. Choi, G. Cheng, Z. Huang, S. Zhang, T. B. Norris, N. A. Kotov. Nat. Mater., 18, 820(2019).

    [5] T. Kleine-Ostmann, T. Nagatsuma. J. Infrared Millimeter Terahertz Waves, 32, 143(2011).

    [6] S. Koenig, D. Lopez-Diaz, J. Antes, F. Boes, R. Henneberger, A. Leuther, A. Tessmann, R. Schmogrow, D. Hillerkuss, R. Palmer, T. Zwick, C. Koos, W. Freude, O. Ambacher, J. Leuthold, I. Kallfass. Nat. Photonics, 7, 977(2013).

    [7] D. A. Kalashnikov, A. V. Paterova, S. P. Kulik, L. A. Krivitsky. Nat. Photonics, 10, 98(2016).

    [8] X. C. Zhang, A. Shkurinov, Y. Zhang. Nat. Photonics, 11(2017).

    [9] R. F. Kazarinov, R. A. Suris. Fiz. Tekh. Poluprovodn., 5, 797(1971).

    [10] J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, C. Sirtori, A. L. Hutchinson, A. Y. Cho. Science, 264, 553(1994).

    [11] K. H. Yang, P. L. Richards, Y. R. Shen. Appl. Phys. Lett., 19, 320(1971).

    [12] D. H. Auston, K. P. Cheung, J. A. Valdmanis, D. A. Kleinman. Phys. Rev. Lett., 53, 1555(1984).

    [13] D. H. Auston, K. P. Cheung, P. R. Smith. Appl. Phys. Lett., 45, 284(1984).

    [14] A. Maestrini, J. S. Ward, J. J. Gill, H. S. Javadi, E. Schlecht, C. Tripon-Canseliet, G. Chattopadhyay, I. Mehdi. IEEE Trans. Microwave Theory Techn., 53, 2835(2005).

    [15] T. W. Crowe, R. J. Mattauch, H. P. Roser, W. L. Bishop, W. C. B. Peatman, X. Liu. Proc. IEEE, 80, 1827(1992).

    [16] T. Kampfrath, K. Tanaka, K. A. Nelson. Nat. Photonics, 7, 680(2013).

    [17] J. L. LaRue, T. Katayama, A. Lindenberg, A. S. Fisher, H. Öström, A. Nilsson, H. Ogasawara. Phys. Rev. Lett., 115, 036103(2015).

    [18] L. Zhao, Z. Wang, H. Tang, R. Wang, Y. Cheng, C. Lu, T. Jiang, P. Zhu, L. Hu, W. Song, H. Wang, J. Qiu, R. Kostin, C. Jing, S. Antipov, P. Wang, J. Qi, Y. Cheng, D. Xiang, J. Zhang. Phys. Rev. Lett., 122, 144801(2019).

    [19] M. T. Hibberd, A. L. Healy, D. S. Lake, V. Georgiadis, E. J. H. Smith, O. J. Finlay, T. H. Pacey, J. K. Jones, Y. Saveliev, D. A. Walsh, E. W. Snedden, R. B. Appleby, G. Burt, D. M. Graham, S. P. Jamison. Nat. Photonics, 14, 755(2020).

    [20] D. Zhang, A. Fallahi, M. Hemmer, X. Wu, M. Fakhari, Y. Hua, H. Cankaya, A.-L. Calendron, L. E. Zapata, N. H. Matlis, F. X. Kärtner. Nat. Photonics, 12, 336(2018).

    [21] C. Lu, T. He, L. Zhang, H. Zhang, Y. Yao, S. Li, S. Zhang. Phys. Rev. A, 92, 063850(2015).

    [22] I. Babushkin, W. Kuehn, C. Koehler, S. Skupin, L. Berge, K. Reimann, M. Woerner, J. Herrmann, T. Elsaesser. Phys. Rev. Lett., 105, 053903(2010).

    [23] L. Bergé, K. Kaltenecker, S. Engelbrecht, A. Nguyen, S. Skupin, L. Merlat, B. Fischer, B. Zhou, I. Thiele, P. U. Jepsen. Europhys. Lett., 126, 24001(2019).

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

    [25] A. Gopal, S. Herzer, A. Schmidt, P. Singh, A. Reinhard, W. Ziegler, D. Brömmel, A. Karmakar, P. Gibbon, U. Dillner, T. May, H.-G. Meyer, G. G. Paulus. Phys. Rev. Lett., 111, 074802(2013).

    [26] L. Yi, T. Fülöp. Phys. Rev. Lett., 123, 094801(2019).

    [27] C. Vicario, C. Ruchert, F. Ardana-Lamas, P. M. Derlet, B. Tudu, J. Luning, C. P. Hauri. Nat. Photonics, 7, 720(2013).

    [28] S. Baierl, M. Hohenleutner, T. Kampfrath, A. K. Zvezdin, A. V. Kimel, R. Huber, R. V. Mikhaylovskiy. Nat. Photonics, 10, 715(2016).

    [29] E. Balogh, K. Kovacs, P. Dombi, J. A. Fulop, G. Farkas, J. Hebling, V. Tosa, K. Varju. Phys. Rev. A, 84, 023806(2011).

    [30] K.-J. Yuan, A. D. Bandrauk. Phys. Rev. Lett., 110, 023003(2013).

    [31] A. D. Koulouklidis, C. Gollner, V. Shumakova, V. Y. Fedorov, A. Pugžlys, A. Baltuška, S. Tzortzakis. Nat. Commun., 11, 292(2020).

    [32] G. Liao, Y. Li, H. Liu, G. G. Scott, D. Neely, Y. Zhang, B. Zhu, Z. Zhang, C. Armstrong, E. Zemaityte, P. Bradford, P. G. Huggard, D. R. Rusby, P. McKenna, C. M. Brenner, N. C. Woolsey, W. Wang, Z. Sheng, J. Zhang. Proc. Natl. Acad. Sci., 116, 3994(2019).

    [33] A. J. Pearson, J. Palastro, T. M. Antonsen. Phys. Rev. E, 83, 056403(2011).

    [34] C. Miao, J. P. Palastro, T. M. Antonsen. Phys. Plasmas, 24, 043109(2017).

    [35] K. B. Kwon, T. Kang, H. S. Song, Y.-K. Kim, B. Ersfeld, D. A. Jaroszynski, M. S. Hur. Sci. Rep., 8, 145(2018).

    [36] D. N. Gupta, A. Jain, V. V. Kulagin, M. S. Hur, H. Suk. Appl. Phys. B, 128, 50(2022).

    [37] G.-Q. Liao, H. Liu, G. G. Scott, Y.-H. Zhang, B.-J. Zhu, Z. Zhang, Y.-T. Li, C. Armstrong, E. Zemaityte, P. Bradford, D. R. Rusby, D. Neely, P. G. Huggard, P. McKenna, C. M. Brenner, N. C. Woolsey, W.-M. Wang, Z.-M. Sheng, J. Zhang. Phys. Rev. X, 10, 031062(2020).

    [38] G.-Q. Liao, Y.-T. Li. IEEE Trans. Plasma Sci., 47, 3002(2019).

    [39] S. C. Wilks, W. L. Kruer, M. Tabak, A. B. Langdon. Phys. Rev. Lett., 69, 1383(1992).

    [40] H. Daido, M. Nishiuchi, A. S. Pirozhkov. Rep. Progress Phys., 75, 056401(2012).

    [41] R. Tarkeshian, J. L. Vay, R. Lehe, C. B. Schroeder, E. H. Esarey, T. Feurer, W. P. Leemans. Phys. Rev. X, 8, 021039(2018).

    [42] Y. Sentoku, T. E. Cowan, A. Kemp, H. Ruhl. Phys. Plasmas, 10, 2009(2003).

    [43] P. Mora. Phys. Rev. Lett., 90, 185002(2003).

    [44] Y. T. Li, X. H. Yuan, M. H. Xu, Z. Y. Zheng, Z. M. Sheng, M. Chen, Y. Y. Ma, W. X. Liang, Q. Z. Yu, Y. Zhang, F. Liu, Z. H. Wang, Z. Y. Wei, W. Zhao, Z. Jin, J. Zhang. Phys. Rev. Lett., 96, 165003(2006).

    [45] D. H. Bilderback, P. Elleaume, E. Weckert. J. Phys. B, 38, S773(2005).

    [46] J. D. JacksonClassical Electrodynamics. , (American Association of Physics Teachers, ).(1999).

    [47] J. Cai, Y. R. Shou, L. Q. Han, R. X. Huang, Y. X. Wang, Z. H. Song, Y. X. Geng, J. Q. Yu, X. Q. Yan. Opt. Lett., 47, 1658(2022).

    [48] É. Lalor. J. Opt. Soc. Am., 58, 1235(1968).

    [49] A. Ritter. Opt. Express, 22, 26265(2014).

    [50] G. Q. Liao, Y. T. Li, C. Li, L. N. Su, Y. Zheng, M. Liu, W. M. Wang, Z. D. Hu, W. C. Yan, J. Dunn, J. Nilsen, J. Hunter, Y. Liu, X. Wang, L. M. Chen, J. L. Ma, X. Lu, Z. Jin, R. Kodama, Z. M. Sheng, J. Zhang. Phys. Rev. Lett., 114, 255001(2015).

    [51] Y. Tian, J. Liu, Y. Bai, S. Zhou, H. Sun, W. Liu, J. Zhao, R. Li, Z. Xu. Nat. Photonics, 11, 242(2017).

    [52] T. D. Arber, K. Bennett, C. S. Brady, A. Lawrence-Douglas, M. G. Ramsay, N. J. Sircombe, P. Gillies, R. G. Evans, H. Schmitz, A. R. Bell, C. P. Ridgers. Plasma Phys. Controll. Fusion, 57, 113001(2015).

    [53] J. Derouillat, A. Beck, F. Pérez, T. Vinci, M. Chiaramello, A. Grassi, M. Flé, G. Bouchard, I. Plotnikov, N. Aunai, J. Dargent, C. Riconda, M. Grech. Comput. Phys. Commun., 222, 351(2018).

    [54] C. N. Danson, C. Haefner, J. Bromage, T. Butcher, J.-C. F. Chanteloup, E. A. Chowdhury, A. Galvanauskas, L. A. Gizzi, J. Hein, D. I. Hillier, N. W. Hopps, Y. Kato, E. A. Khazanov, R. Kodama, G. Korn, R. Li, Y. Li, J. Limpert, J. Ma, C. H. Nam, D. Neely, D. Papadopoulos, R. R. Penman, L. Qian, J. J. Rocca, A. A. Shaykin, C. W. Siders, C. Spindloe, S. Szatmári, R. M. G. M. Trines, J. Zhu, P. Zhu, J. D. Zuegel. High Power Laser Sci. Eng, 7, e54(2019).

    [55] W. Ma, L. Song, R. Yang, T. Zhang, Y. Zhao, L. Sun, Y. Ren, D. Liu, L. Liu, J. Shen, Z. Zhang, Y. Xiang, W. Zhou, S. Xie. Nano Lett., 7, 2307(2007).

    [56] Y. Shou, P. Wang, S. G. Lee, Y. J. Rhee, H. W. Lee, J. W. Yoon, J. H. Sung, S. K. Lee, Z. Pan, D. Kong, Z. Mei, J. Liu, S. Xu, Z. Deng, W. Zhou, T. Tajima, I. W. Choi, X. Yan, C. H. Nam, W. Ma. Nat. Photonics, 17, 137(2023).

    [57] C. R. Harris, K. J. Millman, S. J. Van Der Walt, R. Gommers, P. Virtanen, D. Cournapeau, E. Wieser, J. Taylor, S. Berg, N. J. Smith, R. Kern, M. Picus, S. Hoyer, M. H. van Kerkwijk, M. Brett, A. Haldane, J. F. del Río, M. Wiebe, P. Peterson, P. Gérard-Marchant, K. Sheppard, T. Reddy, W. Weckesser, H. Abbasi, C. Gohlke, T. E. Oliphant. Nature, 585, 357(2020).

    Tools

    Get Citation

    Copy Citation Text

    Jie Cai, Yinren Shou, Yixing Geng, Liqi Han, Xinlu Xu, Shuangchun Wen, Baifei Shen, Jinqing Yu, Xueqing Yan. Extremely powerful and frequency-tunable terahertz pulses from a table-top laser–plasma wiggler[J]. High Power Laser Science and Engineering, 2023, 11(6): 06000e90

    Download Citation

    EndNote(RIS)BibTexPlain Text
    Save article for my favorites
    Paper Information

    Category: Research Articles

    Received: Jun. 13, 2023

    Accepted: Sep. 18, 2023

    Published Online: Dec. 21, 2023

    The Author Email: Jinqing Yu (jinqing.yu@hnu.edu.cn), Xueqing Yan (x.yan@pku.edu.cn)

    DOI:10.1017/hpl.2023.78

    Topics