Генерация такого излучения в жидкой среде раньше считалась невозможной из-за высокого поглощения, но в новом исследовании ученые описали физическую природу этого явления и показали, что источники жидкого излучения могут быть столь же эффективными, как и традиционные.
Группа исследователей из ИТМО и университета Рочестера изучила генерацию терагерцевого излучения в жидкостях. опубликованы в журнале Applied Physics Letters.
Терагерцевое электромагнитное излучение проникает через многие материалы, кроме металлов и воды. В настоящее время его применяют в системах безопасности для обнаружения наркотиков и оружия, а также в биомедицинских исследованиях. Это стимулирует ученых, работающих с терагерцевым излучением, фокусироватьсяВ поисках новых, более сильных и результативных источников.
В настоящее время терагерцевое излучение чаще всего генерируют твердые материалы. Реже применяют источники, основанные на фемтосекундной лазерной филаментации воздуха и газов.
Фемтосекундная лазерная филаментация – это сложная пространственно-временная динамика оптического поля в нелинейной, быстро ионизирующейся среде. Она вызывает уникальные режимы сверхбыстрой электродинамики. Мощный лазерный луч создает плазму в газовой среде путем ее ионизации. генерируютЭлектромагнитное терагерцевое излучение пока невозможно было повторить для жидкостей из-за сильного поглощения, но ученые в ходе исследования опровергли это утверждение, указав на преимущества жидкости перед газом.
До открытия профессора Си-Чэна Чжанга терагерцевого излучения в жидкости это считалось невозможным. Успели показать, что с точки зрения эффективности жидкостные источники приближаются к твердотельным, которые чаще всего используются сейчас. Процесс облегчается тем, что добыть жидкость проще, чем кристаллы, а ее способность выдерживать высокую энергию накачки позволяет получить лучший конечный результат — говорит заведующий Лабораторией фемтосекундной оптики и фемтотехнологий в Университете ИТМО Антон Цыпкин.
Как правило, излучение получается вследствие освобождения свободно движущихся возбуждённых электронов при филаментации. Чем больше электронов удаётся возбудить и ионизоватьЧем больше энергии затрачивается на возбуждение среды, тем мощнее будет выходное терагерцевое излучение. Количество возбужденных электронов в одной молекуле зависит от энергии, потраченной на возбуждение среды. Разница между энергией «накачки» в газе и жидкости не слишком велика, но ученых привлекает то, что плотность молекул в жидкости значительно выше, чем в газе.
У жидкости есть недостатки, например, значительное поглощение. Предполагается, что вопрос можно решить, оптимизировав тип жидкости, форму струи, мощность насоса и другие параметры. Цель — найти подходящие параметры для генерации излучения в разных жидкостях и разработать теоретическую модель на этой основе. Модель будет использоваться для создания устройства, производящего различные типы терагерцевого излучения из жидкостей, объясняет научный сотрудник Университета Рочестера Си-Чен Чжан.