Ново стъпало в терахерцовата детекция

Терахерцовото излъчване е вид електромагнитно излъчване. В електромагнитния спектър то се разполага между микровълните и инфрачервената светлина.

Отличава се голяма проникваща способност и преминава свободно през множество материали. Едно от потенциалните му приложения е в скенери за проверка на багажа по летищата.

Комерсиалната употреба на тази технология обач, се забавя поради затруднената детекция на терахерцовите сигнали. Куджи Навата и неговите колеги от Tera-Photonics Research Team at the RIKEN Center for Advanced Photonics (Изследователски екип по тера-фотоника към RIKEN центъра за авангардна фотоника) са разработили система, която преобразува терахерцовото излъчване в по-високочестотна инфрачервена светлина, с цел постигане на по-ефективна детекция.

„Конвенционалните терахерцови детектори са топлинни сензори, преобразуващи терахерцовата енергия в топлина – обяснява Навата. – Това влошава чувствителността на тези детектори в нагорещени среди.“

Оптичната детекция, след честотно преобразуване, представлява едно привлекателно решение на проблема. Групата на Навата постига тази цел с помощта на необичайните свойства на някои нелинейни оптични материали, чийто оптичен отклик зависи от интензитета на светлината.

Използват се такива материали, в които са налице условия за индиректно взаимодействие на два светлинни лъча. Единият лъч е с голям интензитет. Той видоизменя свойствата на кристала и по този начин повлиява разпространението на втория нискоинтензивен лъч.

В резултат на различни нелинейни процеси се генерира трети лъч, чиято честота е приблизително равна на разликата в честотите на двата взаимодействащи лъча.

Изследователите прилагат описаната схема, като за целта използват разработен от тях материал. На входа на кристала се подават високоинтензивен лазерен лъч и нискоинтензивен импулс с честота 1,6 терахерца. На изхода се получава сигнал, намиращ се в близката инфрачервена област.

Експериментът показва, че интензитетът на този инфрачервен сигнал е правопропорционален на интензитета на терахерцовия импулс. Този факт показва практическата приложимост на схемата за детекция на терахерцови сигнали. Чувствителността е достатъчна за детекция на импулси с нищожна енергия от 25 фемтоджаула.

Главното предимство на тази техника всъщност е нейната гъвкавост. Навата и колегите му са конструирали своя нелинеен материал чрез наслагване на редуващи се слоеве от литиев ниобат. Отделните слоеве са с различна ориентация на атомните равнини.

Учените могат да променят честотата на детектирания терахерцов сигнал, като променят вида и последователността на слоевете, както и чрез промяна на ъгъла, под който се разпространява светлината в така формираната структура.

„Едно потенциално приложение, което бихме искали да разработим, е терахерцова безжична комуникация – казва Навата. – Тази технология би могла да увеличи скоростта на сегашните гигахерцови комуникации хиляди пъти. Освен това концепцията би могла лесно да се съвмести с влакнесто-оптичните технологии.“