Scienty

Разработка новых научных и технологических решений, основанных на терагерцовом излучении, является одним из приоритетных направлений в современной фотонике. Использование электромагнитных волн терагерцового диапазона открывает широкие возможности в таких областях, как ускорение заряженных частиц, исследование свойств материалов посредством их взаимодействия с электромагнитным излучением и создание новых систем безопасности, что делает эти перспективы все более обнадеживающими. Для достижения оптимального воздействия терагерцового излучения на вещество часто необходимо применение импульсов с большим количеством циклов колебаний.

Фото: img.freepik.com

Сотрудники кафедры общей физики, расположенной на радиофизическом факультете Университета Лобачевского предложили новый метод генерации многоцикловых терагерцовых волн, позволяющий значительно повысить мощность излучения и управлять его характеристиками в зависимости от практических задач.

«Создание многопериодных электромагнитных импульсов в терагерцовом диапазоне частот представляет собой сложную задачу. В этом диапазоне традиционные методы лазерной техники и электроники оказываются неэффективными. Разработанный нами нелинейно-оптический метод позволяет генерировать несколько десятков колебаний терагерцового поля с использованием одного короткого лазерного импульса. Он обеспечивает возможность увеличения мощности излучения за счёт повышения энергии лазерной накачки, – сообщил один из авторов исследования, заведующий кафедрой общей физики радиофизического факультета ННГУ им. Н.И. Лобачевского Михаил Бакунов.

Как правило, генерация многопериодного терагерцового излучения осуществляется путем воздействия лазерного импульса на кристалл, включающий в себя множество слоев с различными нелинейными характеристиками. Каждый из двух соседних слоев формирует один цикл терагерцовой волны, а толщина слоя определяет её частоту. Данный, достаточно затратный метод не обеспечивает получение мощного пучка излучения, и для изменения частоты необходимо создавать структуру с заданным периодом.

Специально подобранная ориентация кристаллографических осей в монокристалле ниобата лития стала предложением нижегородских исследователей. Это позволяет изменять генерируемую частоту в широком диапазоне, просто корректируя угол падения лазерного пучка, используемого для накачки кристалла. Кроме того, мощность создаваемого излучения можно повысить, применяя широкодоступные кристаллические пластины большого диаметра и используя лазерные пучки высокой интенсивности.

«Экспериментальные данные подтвердили наши расчёты. Предлагаемый метод превосходит современные решения по эффективности и стоимости. К разработке проявили интерес в научном сообществе. Специалисты венгерского Университета Печа рассматривают его как средство для ускорения частиц. Мы видим потенциал для дальнейшего совершенствования технологии. В настоящее время идёт поиск материалов, которые могли бы заменить кристалл ниобата лития, применённый в разработке, и повысить её эффективность, – рассказал Михаил Бакунов.

Реализация проекта стала возможной благодаря гранту Российского научного фонда (№ 22-19-00371 «Генерация и детектирование терагерцового излучения ультракороткими лазерными импульсами в условиях резонансного и многофотонного поглощения»). Работа была проведена специалистами кафедры общей физики радиофизического факультета Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского. Полученные данные нашли отражение в статье, опубликованной в журнале с высоким импакт-фактором Optics Letters.

Информация и фото предоставлены пресс-службой ННГУ им. Н.И. Лобачевского