3 марта 2021, среда, 01:49
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.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.

Обсудите в соцсетях

«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ МФТИ Марс Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Титан Юпитер акустика антибиотики античность антропогенез археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биоинформатика биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера вакцинация викинги виноделие вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты клад климатология клонирование комары комета кометы компаративистика космос кошки культура культурология лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина металлургия метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеоклиматология палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы природа психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы путешествие пчелы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность собаки сон социология спутники средневековье старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство цифровизация школа экзопланеты экология электрохимия эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Алексей Ананьев Дмитрий Козак Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад Солнечная система альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса вымирающие виды глобальное потепление грипп защита растений инвазивные виды информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии климатические изменения компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология культурные растения междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция темная материя физическая антропология финансовый рынок черные дыры эволюция эволюция звезд эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество Европейская южная обсерватория жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PayPal PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика Top.Mail.Ru
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, 1998–2021.