Ученые Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности ТПУ совместно с коллегами из Беларуси впервые доказали возможность генерации фотонной струи на основе диэлектрических частиц с высоким показателем преломления. Ранее считалось, что аналогичный процесс возможен только для частиц с низким преломлением. Добиться такого эффекта позволяет нанесение пленки графена на поверхность диэлектрической сферы. В результате их взаимодействия возникает резонанс Фано, который приводит к усилению электромагнитного поля позади сферы. Управление данным свойством мезочастиц в перспективе позволит увеличить разрешение в современных системах терагерцевого сканирования.
Результаты работы ученых опубликованы в журнале Optics Letters (Q1; IF: 3,1).
Фотонная струя в терагерцовом (ТГц) диапазоне частот — тераджет — играет важную роль в современных системах сканирования для достижения сверхразрешения за пределами дифракционного предела. При этом в СВЧ- и ТГц-диапазонах потери в диэлектрике на пять-семь порядков выше по сравнению с оптическим диапазоном, а их показатель преломления, как правило, больше двух. Известно, что улучшение разрешения существующих технологий возможно за счет так называемого эффекта тераструй.
В настоящий момент существует несколько подходов для управления и манипулирования интенсивностью, формой и размерами фотонной струи в терагерцовом диапазоне. Однако в большинстве случаев параметры генерируемого тераджета, такие как максимальное усиление электрического поля, эффективная длина и положение фокусировки, определяются неизменными свойствами диэлектрического материала. Это усложняет «настройку» данных параметров в реальном времени, что значительно ограничивает потенциал использования тераджета в системах построения изображения в ТГц-диапазоне.
Ученые Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности Томского политеха и их коллеги из Белорусского государственного университета разработали эффективный способ управления электромагнитным полем диэлектриков с высоким преломлением. Они впервые предложили использовать графен для генерации фотонной струи в терагерцевом диапазоне и настройки ее свойств.
В рамках исследования ученые нанесли на поверхность сферы монослой графена. После чего при помощи компьютерного моделирования изучили процесс взаимодействия диэлектрической частицы и графена.
«Графен способен менять свои оптические свойства в зависимости от внешнего потенциала. Кроме того, он является очень гибким, что позволяет создавать из него сложные структуры с заданными свойствами, спектральный отклик которых можно успешно контролировать. Исследование показало, что при определенном внешнем потенциале графена, нанесенного на диэлектрическую сферу, возникает резонанс Фано, когда поля внутри сферы резко усиливаются. В результате поле в теневой части сферы — в области тераструи — тоже увеличивается и становится равным, а иногда и большим, чем поле для диэлектрика с показателем преломления менее двух. Данный эффект позволяет контролировать мощность и размер генерируемого тераджета в реальном времени», — поясняет профессор отделения электронной инженерии ИШНКБ Игорь Минин.
Результаты исследования ученых продемонстрировали свойство графена облегчать формирование тераджета диэлектриками с высоким показателем преломления. Это говорит о существенном преимуществе использования диэлектрической сферы, покрытой пленкой графена, по сравнению с однородной сферой, для динамического управления и манипулирования параметрами тераджетов. Данные результаты могут существенно повлиять на разработку настраиваемых систем ТГц-визуализации и других связанных приложений.
Информация предоставлена пресс-службой Томского политехнического университета
Источник фото: ru.123rf.com