Установка для возбуждения и регистрации терагерцового излучения водыИзвестно, что вода интенсивно поглощает электромагнитные волны терагерцового диапазона, из-за чего долгое время считалось маловероятным, что жидкая вода может выступать в качестве источника терагерцовых волн.
Однако, физики из Нью-Йоркского Института оптики обнаружили, что жидкая вода может излучать в терагерцовом диапазоне. Это удивительно, учитывая, что практически все излучение в терагерцовой области вода поглощает, и раньше считалось, что использовать ее в качестве источника такого излучения невозможно.
Терагерцовое излучение — вид электромагнитного излучения с длиной волны от 0,1 до 1 мм. Это достаточно длинноволновое излучение, в электромагнитном спектре находящееся между инфракрасным и микроволновым диапазонами. В качестве источников мощного терагерцового излучения используются ускорители, гиротроны и мощные лазеры. Маломощное терагерцовое излучение можно получить с помощью электрооптического эффекта, возбуждая потенциальный источник фемтосекундными лазерами. В этом случае источниками излучения обычно являются твердые тела, плазма и даже водяной пар. Использование же практически всех жидкостей, включая воду, считалось невозможным из-за того, что они практически полностью поглощают излучение в этом диапазоне.
В своем новом исследовании физикам удалось решить эту проблему и собрать установку, в которой они смогли зарегистрировать излучение воды в терагерцовом диапазоне. Для того, чтобы избежать поглощения возбужденного излучения самой водой, в качестве источника использовалась стекающая тонкая пленка воды толщиной 177 микрон.
Для возбуждения излучения ученые использовали фемтосекундный лазер, сфокусированный на пленку воды, длительность импульса которого исчисляется фемтосекундами (10^-12 секунды). Энергия этого импульса приводит к созданию облака плазмы, состоящей из ионов и свободных электронов, в точке фокусировки луча.
Некоторая часть энергии лазерного импульса расходуется на дополнительное возбуждение ионов и электронов, которые начинают испускать волны в терагерцовом диапазоне.
Зарегистрированные терагерцовые волны имели частоту от 0,1 до 3 ТГц.
Оказалось, что по своим свойствам излучение воды довольно заметно отличается о того, которое возбуждается, например, в воздушной плазме.
- В случае с водой увеличение длительности лазерного импульса, приводит к увеличению количества и энергии терагерцовых волн, в то время, как другие методы требуют уменьшения длительности и увеличения энергии импульса для получения такого же эффекта.
- Энергия и количество терагерцового излучения зависит от поляризации света и угла падения луча лазерного света на поверхность водяной пленки.
- Терагерцовое излучение не является монохроматическим.
- Параметры возбуждаемого терагерцового поля довольно сильно зависят от параметров возбуждающего излучения.
По утверждению ученых, эти свойства не могут быть описаны в рамках известного механизма возбуждения терагерцового излучения, что послужит толчком к дальнейшему исследованию жидких источников терагерцового и инфракрасного излучения.
Ученые считают, что пока рано говорить о перспективах создания устройств с использованием терагерцовых источников на основе жидкостей, однако если раньше инженеры старались избегать использования воды в подобных устройствах, то теперь появились основания считать ее перспективным материалом для использования в качестве источника излучения.
Если ученым удастся создать источник терагерцового излучения на основе воды, это поможет упростить и уменьшить устройства, которые потом могут быть использованы как в научных целях: например, для спетроскопиии или исследования космоса, — так и в повседневной жизни: например, для сканирования багажа или оценки механической прочности несущих конструкций и даже для определения пола эмбрионов цыплят.
Опубликовано в Applied Physics Letters.
Комментарии
Нет комментариев к данной статье.