Сотрудники Института сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники имени В.Г. Мокерова РАН, Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Института физики твёрдого тела им. Ю.А. Осипьяна РАН, МГТУ им. Н.Э. Баумана и университета Тохоку (Япония) разработали технологию, позволяющую усилить терагерцевое излучение как минимум в 8,5 раза.

Для этого авторы работы вырастили волокна из сапфира, а затем нанесли их на поверхность излучателя антенны, генерирующей ТГц-волны. Это в разы усилило излучение, которое применяется в ряде сфер: для медицинской диагностики, исследования археологических артефактов, сканирования пассажиров в аэропортах, а также в системах связи. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Applied Physics Letters.

Схема фотопроводящей антенны большой площади с сапфировыми волокнами на ее поверхности

Российские учёные создали терагерцевый излучатель большой площади со специальной цилиндрической оптикой на основе сапфировой микролинзы, усиливающей мощность терагерцевого излучения в 8,5 раза. Это позволит повысить эффективность ТГц-технологий. Сегодня они применяются для диагностики в медицине, для просвечивания пассажиров в аэропортах, в системах связи и ряде других сфер.

Напомним, терагерцевое излучение (ТГц-излучение) относят к субмиллиметровому диапазону, его длина волны — около 1 мм и меньше. С его помощью можно исследовать строение биологических тканей, выявляя различные патологии, просвечивать багаж в пунктах досмотра, а также сканировать археологические находки. Важное преимущество такого излучения в том, что оно абсолютно безопасно для человека — в отличие, например, от рентгеновского. Кроме того, ТГц-излучение находит применение в космической связи.

Для генерации такого излучения применяются фотопроводящие антенны, такие устройства преобразуют лазерный луч в ТГц-волны. Однако мощность антенн ограниченна в силу их физических свойств.

Авторы исследования нашли способ усилить мощность терагерцевого излучения, разместив на поверхности антенны особую линзу. Чтобы получить ее, ученые сначала вырастили сапфировые кристаллы в форме тонких волокон. Затем они нанесли их на рабочую поверхность антенны.

Эксперименты показали, что мощность ТГц-волн, генерируемых новым устройством, в 8,5 раза превосходит показатели аналогичной антенны без сапфировых линз.

«Сконструированный нами излучатель большой площади можно легко интегрировать в современные установки для ТГц-визуализации, используемые, например, для сканирования живых тканей и различных материалов, а предложенный подход — использование сапфирового волокна в качестве эффективной микролинзы — позволит расширить применение в том числе ТГц-детекторов в медицинских устройствах, экологическом мониторинге и системах безопасности», — рассказал RT заместитель директора по научной работе ИСВЧПЭ РАН и старший научный сотрудник лаборатории квантово-каскадных лазеров МФТИ Дмитрий Пономарев.

В будущем учёные планируют проверить эффективность устройства с использованием лазеров повышенной мощности, а также оптимизировать форму излучателя антенны.

Источник: пресс-служба РНФ.