创记录的太赫兹激光束

时间:2020-02-15 17:42 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

创记录的太赫兹激光束

太赫兹辐射用于机场安检、医疗检查以及工业质量检查。然而,太赫兹范围内的辐射极难产生。德国维也纳理工大学的科学家们现在成功地研制出了一种太赫兹辐射源,这种辐射源打破了几项记录:它的效率极高,而且它的光谱非常宽——它从整个太赫兹范围发出不同的波长。这打开了创造具有极高辐射强度的短辐射脉冲的可能性。这项新的太赫兹技术已经发表在《自然通讯》杂志上。

激光和天线之间的“太赫兹间隔”

“太赫兹辐射有非常有用的特性,”维也纳大学光子学研究所的Claudia Gollner说。“它可以很容易地穿透许多材料,但与x射线不同,它是无害的,因为它不是电离辐射。”

然而,从技术的角度来看,太赫兹辐射位于一个非常难以进入的频率区域——在某种程度上是无人地带,位于两个众所周知的区域之间:频率更高的辐射可以由普通的固体激光器产生。另一方面,在移动通信中使用的低频辐射是由天线发射的。最大的挑战就是在太赫兹范围内。

因此,在TU Wien的激光实验室里,必须投入大量的努力来产生所需的高强度太赫兹辐射脉冲。“我们的出发点是红外激光系统的辐射。它是我们研究所开发的,在世界上是独一无二的。首先,激光通过所谓的非线性介质发射。在这种材料中,红外辐射被改变,一部分被转换成两倍频率的辐射。

“现在我们有两种不同类型的红外辐射。这两种辐射随后叠加。这就产生了一种具有特定非对称形状电场的波。

把空气变成等离子体

这种电磁波的强度足以将电子从空气中的分子中剥离出来。空气变成了发光的等离子体。然后,波电场的特殊形状使电子加速,从而产生所需的太赫兹辐射。

“我们的方法非常有效:2.3%的供应能量被转换成太赫兹辐射——这比其他方法要高出一个数量级。这导致异常高的太赫兹近200μJ能量,”克劳迪娅Gollner说。新方法的另一个重要优点是产生了非常宽的太赫兹辐射频谱。在太赫兹范围内非常不同的波长同时发出。这就产生了极强的短辐射脉冲。不同太赫兹波长的频谱越大,产生的脉冲越短、越强。

许多可能的应用

维也纳理工大学研究小组的负责人Andrius Baltuska说:“这意味着我们首次获得了一个太赫兹的高强度辐射源。”“对碲化锌晶体的初步实验已经表明太赫兹辐射非常适合以一种全新的方式回答材料科学的重要问题。我们相信这种方法有很好的前景。”

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