Российские ученые разработали излучатели, которые эффективно преобразуют лазерное излучение в терагерцовые электромагнитные волны очень широкого диапазона частот. Подход может использоваться для создания компактных ТГц-источников с высокой интенсивностью излучения. Такие приборы помогут улучшить качество изображений в сканерах багажа или биомедицинских томографах, а также детектировать вредные вещества в воздухе. Статья опубликована в журнале Optics Letters.
Терагерцовое излучение (ТГц) — электромагнитные волны в диапазоне частот между радио- и инфракрасным спектром. Оно хорошо проходит через многие материалы, поэтому используется, например, для сканирования багажа и в медицинской томографии. Для генерации волн в ТГц-диапазоне ученые используют преобразование лазерных лучей. Но этот процесс обладает низкой эффективностью и поэтому требует очень мощных и дорогостоящих лазерных систем.
Группа исследователей из Института прикладной физики РАН, Института сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники имени В.Г. Мокерова РАН и Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана разработала источник ТГц-излучения, который преобразует импульсное лазерное излучение в терагерцовое с высокой эффективностью. Такое преобразование происходит благодаря эффекту Дембера — явлению, когда в полупроводнике под действием ультракоротких лазерных импульсов возникает импульсное электрическое поле.
Ученые сконструировали полупроводниковую структуру на основе тройного твердого раствора из индия, галлия и мышьяка. Ее рост происходил слой за слоем в условиях сверхвысокого вакуума. Сверху на полупроводник наносили асимметричную металлическую решетку, пропускающую лазерное излучение. При этом решетка имела большую площадь в сравнении с другими аналогичными излучателями.
Затем авторы выяснили, что ТГц-источник с высокой эффективностью излучает электромагнитные волны в широком диапазоне частот (до 6 ТГц). В последующих экспериментах зарубежные коллеги определили, что прибор не теряет эффективности при увеличении частоты лазерных импульсов, то есть при росте мощности ТГц-излучения. Кроме того, излучатель позволяет получать терагерцовые волны при относительно низкой мощности падающего на него лазерного излучения. Все это крайне важно для создания недорогих и компактных устройств с ТГц-источниками.
«Наш подход открывает новые возможности для разработки систем обнаружения вредных веществ в воздухе, контроля качества медикаментов и диагностирования заболеваний. Важно отметить, что наш источник терагерцовых волн не нуждается в приложении внешних электрических полей, то есть не требует источника питания, так как свойства материала, из которого он состоит, сами по себе позволяют создавать электрическое поле. Это должно увеличить срок службы такого источника, что будет важным конкурентным преимуществом», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Рустам Хабибуллин.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
