Første undersøgelse af terahertz -stråling i væsker

Et forskerhold fra ITMO University og University of Rochester (U.S.A.) gennemførte en undersøgelse af dannelsen af ​​terahertz -stråling i væsker. Tidligere har Genereringen af ​​sådan stråling i et flydende medium blev anset for umulig på grund af høj absorption. Imidlertid, i deres nye forskning, forskerne beskrev dette fænomens fysiske natur og demonstrerede, at flydende strålekilder kan være lige så effektive som traditionelle. Resultaterne er blevet offentliggjort i Anvendt fysik bogstaver .

Terahertz elektromagnetisk stråling kan let passere gennem de fleste materialer undtagen metaller og vand. I dag, det er meget udbredt i sikkerhedssystemer, der bruges til at opdage ulovlige stoffer og våben, såvel som til biomedicinsk forskning. Mest moderne forskning, der involverer terahertz -stråling, fokuserer på at finde nye, mere stabil, stærke og effektive kilder.

De mest almindelige kilder til terahertz -stråling er faste materialer. Ud over, der er kilder baseret på femtosekund laserfiltration i luft og gasser. I dette tilfælde, en kraftig laserstråle skaber et plasma i gasmediet ved at ionisere det, så frie elektroner genererer elektromagnetisk terahertz -stråling. Selvom det på nuværende tidspunkt blev anset for umuligt at gøre det samme i et flydende medium på grund af høj absorption, et internationalt forskerhold fra ITMO University og University of Rochester viste det modsatte. Deres nye undersøgelse afslørede, at væske, faktisk, har en række fordele i forhold til andre kilder såsom gasser.

"Indtil vores kollega, Prof. Xi-Cheng Zhang, havde været i stand til at detektere terahertz -stråling i en væske, det blev antaget at være umuligt. Men vi demonstrerede, at hvad angår effektivitet, flydende kilder kan nærme sig solid-state kilder, som nu anses for at være standarden. I øvrigt, væsker er meget lettere at opnå end krystaller. De kan også modstå høj pumpenergi, hvilket gør det muligt at opnå et bedre output, "forklarer Anton Tsypkin, Leder af Laboratory of Femtosecond Optics and Femtotechnology ved ITMO University.

Som regel, stråling genereres på grund af frigivelse af frie ophidsede elektroner under filamentering. Jo flere elektroner kan exciteres eller ioniseres, jo stærkere output terahertz stråling vil være. Antallet af ophidsede elektroner i et molekyle afhænger af den energi, der bruges på excitation eller "pumpning" af mediet. Forskellen mellem de nødvendige "pumpende" energier i gas og væske er lille. På samme tid, densiteten af ​​molekyler i en væske er meget højere end i en gas, så en sammenlignelig pumpenergi gør det muligt at excitere flere elektroner og gøre strålingen stærkere.

Forskere undersøgte retningen af ​​terahertz -stråling i væsken. Eksperimenter blev udført parallelt på to universiteter for at eliminere fejl. Derefter, forskerne verificerede de uafhængigt opnåede resultater og arbejdede sammen om en teoretisk model for at forklare dem. Som resultat, det lykkedes dem at tegne og fysisk underbygge strålingsmønstre for terahertz -stråling i en væske og dens afhængighed af den vinkel, hvor væsken kolliderer med pumpestrålingen. Ifølge forskerne, disse resultater vil blive brugt i det fremtidige arbejde.

"En væsentlig ulempe ved væske er dens store absorption. Vi planlægger at løse dette problem ved at optimere væsketypen, jetens form, pumpekraften og en række andre parametre. Vi vil eksperimentelt finde de optimale parametre for strålingsgenerering i forskellige væsker, samt at udvikle en teoretisk model baseret på disse data. Det kan bruges til at oprette en prototype, der giver os mulighed for at producere forskellige typer terahertz -stråling fra væsker, "siger Xi-Cheng Zhang, meddirektør for International Institute Photonics and Optical Informatics ved ITMO University, og en forsker ved University of Rochester.