Sub-cycle control of terahertz high-harmonic generation by dynamical Bloch oscillations

太赫兹辐射 物理 布洛赫振荡 太赫兹间隙 太赫兹光谱与技术 光电子学 相干控制 光学 电子 原子物理学 激光器 量子力学 远红外激光器 太赫兹超材料
作者
Olaf Schubert,Matthias Hohenleutner,Fabian Langer,Benedikt Urbanek,Christoph Lange,Ulrich Huttner,D. Golde,Torsten Meier,M. Kira,S. W. Koch,Rupert Huber
出处
期刊:Nature Photonics [Nature Portfolio]
卷期号:8 (2): 119-123 被引量:797
标识
DOI:10.1038/nphoton.2013.349
摘要

Ultrafast charge transport in strongly biased semiconductors is at the heart of high-speed electronics, electro-optics and fundamental solid-state physics1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13. Intense light pulses in the terahertz spectral range have opened fascinating vistas14,15,16,17,18,19,20,21. Because terahertz photon energies are far below typical electronic interband resonances, a stable electromagnetic waveform may serve as a precisely adjustable bias5,11,17,19. Novel quantum phenomena have been anticipated for terahertz amplitudes, reaching atomic field strengths8,9,10. We exploit controlled (multi-)terahertz waveforms with peak fields of 72 MV cm−1 to drive coherent interband polarization combined with dynamical Bloch oscillations in semiconducting gallium selenide. These dynamics entail the emission of phase-stable high-harmonic transients, covering the entire terahertz-to-visible spectral domain between 0.1 and 675 THz. Quantum interference of different ionization paths of accelerated charge carriers is controlled via the waveform of the driving field and explained by a quantum theory of inter- and intraband dynamics. Our results pave the way towards all-coherent terahertz-rate electronics. Terahertz waveforms with peak fields of 72 MV cm−1 and a central frequency of 30 THz drive interband polarization in bulk GaSe off-resonantly and accelerate excited electron–hole pairs, inducing dynamical Bloch oscillations. This results in the emission of phase-stable, high-harmonic transients over the whole frequency range of 0.1–675 THz.

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