Ученые придумали, как увеличить эффективность излучателей терагерцевых волн

Российские ученые разработали излучатели, которые эффективно преобразуют лазерное излучение в терагерцевые электромагнитные волны очень широкого диапазона частот. При этом они не требуют мощного лазерного излучения для работы. Предложенный подход может использоваться для создания компактных ТГц-источников с высокой интенсивностью излучения. Подобные приборы помогут улучшить качество изображений в сканерах багажа или биомедицинских томографах, а также детектировать вредные вещества в воздухе. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Optics Letters.

Терагерцевое излучение (ТГц) представляет собой электромагнитные волны, диапазон частот которых лежит между радио- и инфракрасным спектром. Оно хорошо проходит через многие материалы, например пластик, дерево и керамику, поэтому его используют, в частности, для сканирования багажа. Кроме того, широко развивается направление медицинской томографии для «просвечивания» человеческих тканей с использованием волн такого же диапазона. В отличие от рентгеновских, ТГц-лучи безвредны, поскольку не обладают ионизирующими свойствами. 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 (Нижний Новгород), Института сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники имени В. Г. Мокерова РАН (Москва) и Московского государственного технического университета имени Н. Э. Баумана (Москва) разработала источник ТГц-излучения, который преобразует импульсное лазерное излучение в терагерцевое с высокой эффективностью. Такое преобразование происходит благодаря эффекту Дембера — явлению, когда в полупроводнике, на который действуют ультракороткие лазерные импульсы, возникает импульсное (то появляющееся, то исчезающее) электрическое поле.

Конструкцию ТГц-источника полностью изготовили физики из ИСВЧПЭ РАН. Для этого они сконструировали полупроводниковую структуру на основе тройного твердого раствора из индия (In), галлия (Ga) и мышьяка (As). Ее рост происходил слой за слоем в условиях сверхвысокого вакуума. Сверху на полупроводник нанесли ассиметричную металлическую решетку, которая пропускала через себя лазерное излучение. При этом решетка имела большую площадь (1,5 квадратных сантиметра) в сравнении с другими аналогичными излучателями, размер которых составляет около квадратного миллиметра.

Затем физики из ИПФ РАН измерили характеристики разработанного ТГц-источника и определили, что он с высокой эффективностью излучает электромагнитные волны в широком диапазоне частот (до 6 ТГц — частоты, примерно в 2,5 тысячи раз больше излучения микроволновых печей). В последующих экспериментах зарубежные коллеги из Центра имени Гельмгольца Дрезден-Россендорф (Дрезден) определили, что прибор не теряет эффективности при увеличении частоты лазерных импульсов, то есть при росте мощности ТГц-излучения. Кроме того, разработанный излучатель позволяет получать терагерцевые 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 терагерцевых 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, ведущий научный сотрудник ИСВЧПЭ РАН и МГТУ имени Н. Э. Баумана.

Поделиться:
Картина дня
Новости и материалы
Игрок «Коламбуса» Чинахов забросил победную шайбу в игре против «Вашингтона»
Врач рассказала, как бороться со стрессом и бессонницей
В Новой Каховке работает ПВО, прозвучали 10 взрывов
Гербольдт: думаю, Трусова сможет удержать свой уровень под руководством Соколовской
Вильфанд предупреждает сильных дождях в начале следующей недели
Times узнала о разногласиях Трасс и Карла III
Ягудин: понятия не имею, почему Трусова перешла к Соколовской
Футболист «Химок» Идову рассказал, что не получал зарплату с июля
NYT: Путин готов сражаться, несмотря на санкции Запада и поставки оружия Киеву
Блинкен заявил Кулебе, что США будут продолжать поддерживать Украину
Спортивный директор «Оренбурга» о предложении Сычевого своей девушке: сами в шоке
Эксперт Лункин предложил создать Российско-Украинский совет церквей
«Известия»: в Минфине поддержали идею регулирования игровых валют
Терюшков ответил на вопрос о долгах в «Химках»
Экс-тренер «Пари НН» Кержаков рассказал, что у него были переговоры с одним из клубов РПЛ
Опросы общественного мнения прогнозируют победу Да Силвы в первом туре бразильских выборов
Кадыров сообщил, что глава ЛНР Пасечник наградил его мать и супругу
Камоцци: Кварацхелия дал невероятный заряд всему итальянскому чемпионату
Все новости
Найдена ошибка?
Закрыть