Создание новых инструментов для науки и технологий на основе терагерцового излучения – одно из передовых направлений исследований современной фотоники. Ускорение заряженных частиц, изучение свойств материалов по их взаимодействию с электромагнитным излучением, создание инновационных систем безопасности – в этих и других областях перспективы использования электромагнитных волн терагерцового диапазона становятся всё более многообещающими. Для эффективного воздействия излучения на вещество во многих случаях требуются терагерцовые импульсы с большим числом циклов колебаний.
Учёные кафедры общей физики радиофизического факультета Университета Лобачевского предложили новый метод генерации многоцикловых терагерцовых волн, позволяющий значительно повысить мощность излучения и управлять его характеристиками в зависимости от практических задач.
«Задача генерации многопериодных электромагнитных импульсов в терагерцовом диапазоне частот очень непростая. В этом диапазоне не работают подходы лазерной техники и электроники. Нам удалось разработать нелинейно-оптический метод, позволяющий генерировать несколько десятков колебаний терагерцового поля одним коротким лазерным импульсом. Он позволяет масштабировать мощность излучения, увеличивая энергию лазерной накачки», – рассказал один из авторов исследования, заведующий кафедрой общей физики радиофизического факультета ННГУ им. Н.И. Лобачевского Михаил Бакунов.
Обычно многопериодное терагерцовое излучение генерируют, воздействуя лазерным импульсом на кристалл, состоящий из большого числа слоёв с чередующимися нелинейными свойствами. Два соседних слоя генерируют один цикл терагерцовой волны, толщина слоя определяет её частоту. Этот дорогостоящий подход не позволяет получить на выходе достаточно мощный пучок излучения, а для изменения частоты излучения нужно изготавливать структуру с нужным периодом.
Нижегородские учёные предложили использовать монокристалл ниобата лития, но со специально подобранной ориентацией его кристаллографических осей. В этом случае перестраивать генерируемую частоту в широких пределах удаётся простым изменением угла падения лазерного пучка накачки на кристалл, а мощность генерируемого излучения можно увеличивать, используя коммерчески доступные кристаллические пластины большого диаметра и широкие лазерные пучки высокой интенсивности.
«Наши расчёты подтвердились экспериментально. Метод эффективнее и дешевле используемых в настоящее время решений. К разработке уже проявили интерес в научном сообществе. Коллеги из венгерского Университета Печа рассматривают метод в качестве инструмента для ускорения частиц. Мы предполагаем, что технологию можно усовершенствовать. Ведётся подбор материалов, которые могли бы заменить кристалл ниобата лития, использованный в разработке, и сделать метод ещё более эффективным», – сообщил Михаил Бакунов.
Проект состоялся при грантовой поддержке Российского научного фонда (№ 22-19-00371 «Генерация и детектирование терагерцового излучения ультракороткими лазерными импульсами в условиях резонансного и многофотонного поглощения»). Исследования выполнены учёными кафедры общей физики радиофизического факультета ННГУ им. Н.И. Лобачевского. Результаты опубликованы в высокорейтинговом журнале Optics Letters.
Источник: ННГУ
