28 марта 2024, четверг, 22:17
TelegramVK.comTwitterYouTubeЯндекс.ДзенОдноклассники

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

Разработан новый метод получения терагерцового излучения

Генерация ТГц излучения при прохождении через плоскую струю воды
Генерация ТГц излучения при прохождении через плоскую струю воды
Семен Смирнов/ИТМО

Физики из Университета ИТМО улучшили метод преобразования оптического излучения в терагерцовое с помощью жидкости, что до недавнего времени считалось неперспективным. Они добились рекордной эффективности в такой среде — до 0,1 %. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда, кратко об их итогах рассказывается на сайте РНФ.

Терагерцовым (ТГц) называют электромагнитное излучение, спектр частот которого расположен между инфракрасным и микроволновым диапазонами, что соответствует длинам волн света от 3 миллиметров до 30 микрометров (то есть от 0,1 до 100 терагерц). Этой спектральной области соответствуют колебания, характерные для тяжелых молекул, в том числе органических, а также движения атомов кристаллов. В отличие от рентгена, ТГц излучение безвредно для организма, что позволяет использовать его для решения многих важных прикладных задач. Ученые доказали применимость ТГц излучения для диагностики, профилактики и лечения болезней, в системах безопасности в общественных местах, для экологического мониторинга, для неразрушающего анализа предметов искусства и в пищевой промышленности для контроля качества и состава продукции.

Но устройства на основе ТГц излучения до сих пор не получили широкого применения, так как мощность сигнала очень сильно снижается как в атмосфере, так и при прохождении через некоторые препятствия, особенно если они содержат влагу. После того, как ТГц сигнал преодолеет миллиметр солевого раствора (близкого по характеристикам к тканям человеческого тела), его мощность снизится примерно в 500 миллионов раз. Чтобы ТГц сканеры смогли заменить рентгеновские, необходимо создать мощные и компактные источники и чувствительные приемники излучения для ТГц спектрального диапазона.

Ученые из Университета ИТМО смогли увеличить эффективность генерации ТГц излучения при использовании одного из видов его источников накачки — лазерного. В предыдущих работах команда улучшила широко используемый для этого способ филаментации в жидкостях, основанный на эффекте оптико-терагерцового преобразования. Лазерное излучение высокой интенсивности вызывает лавинную ионизацию среды, в которой происходит отрыв электронов от атомов. Электроны оказываются в высоковозбужденном состоянии и образуют плазменный канал на длине всего филамента. Филамент — это светящаяся нить, которая осталась после взаимодействия излучения со средой. Внутри этого канала генерируются различные виды излучения: оптическое, инфракрасное, рентгеновское, и в том числе терагерцовое. На этот раз исследователи фокусировали лазерный луч не в газовой среде, как это делают обычно, а в жидкости.

Так как было известно, что жидкости хорошо поглощают ТГц излучение, ранее они не рассматривались как его источник. Однако группа ученых из ИТМО выяснила, что генерация ТГц излучения в жидкостях происходит эффективнее, чем в газах. Это объясняется тем, что в газе плотность молекул меньше, а энергия ионизации больше, чем в жидкости. Поэтому в газовой среде на единицу объема меньше и возможное количество возбужденных электронов. С помощью схемы двухимпульсного возбуждения ученым удалось достичь нового максимального значения эффективности оптико-терагерцового преобразования (0,1 %). Идея данной методики состоит в том, чтобы запускать в среду два однонаправленных импульса накачки: первый предионизирует среду, а второй усиливает ТГц поле при взаимодействии с плазмой от первого импульса. Экспериментальные результаты, подтвержденные численным моделированием, показали, что опорные импульсы большей длительности предпочтительны для возбуждения эффективного процесса ионизации, а более короткие сигналы — для интенсивного взаимодействия излучения с наведенной плазмой.

«Хочется отметить, что в перспективе результат в 0,1 % может быть улучшен, если изменить рабочий диапазон длин волн лазера. Если сместить центральную длину волны при лазерной накачке в средний инфракрасный диапазон — до трех микрометров — эффективность достигнет еще более впечатляющих значений, порядка 1–5 %. Таким образом, мы нашли оптимальные условия для высокоэффективной генерации терагерцовых волн в жидкостях. Наша работа — еще один важный шаг к будущему, в котором мощные и экономичные источники ТГц излучения получат широкое распространение», — поделился Антон Цыпкин, доктор физико-математических наук, руководитель лаборатории фемтосекундной оптики и фемтотехнологий Международного института фотоники и оптоинформатики (ИТМО).

Статья с результатами исследования опубликована в журнале Communications Physics.

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
VK.com Twitter Telegram YouTube Яндекс.Дзен Одноклассники
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2024.