(Phys.org) - Genom att belysa en tunn film med vatten med ultrakorte laserpulser, fysiker har visat att flytande vatten kan generera terahertz (THz) vågor, som för närvarande undersöks för applikationer som trådlös dataöverföring, industriell kvalitetskontroll, och högupplöst bildbehandling med förmåga till penetration.

Forskarna, ledd av Xi-Cheng Zhang, M. Parker Givens professor vid University of Rochester Institute of Optics i New York, liksom vid Capital Normal University i Peking och ITMO University i Sankt Petersburg, Ryssland, har publicerat ett papper om generering av THz -vågor från vatten i ett nyligen utgåva av Tillämpad fysikbokstäver .

Resultatet är överraskande eftersom bulkvatten är en stark absorberare av ljus i THz -frekvensområdet, och så länge verkade det mycket osannolikt att flytande vatten kunde tjäna som källa till THz -strålning. Forskare har tidigare visat, dock, att vatten kan avge ljus vid andra frekvenser, inklusive vitt ljus, och att vattenånga kan avge THz -vågor. Nyckeln till att få flytande vatten för att generera THz -vågor, som forskarna visar i den nya studien, är att använda en mycket tunn (mindre än 200 μm tjock) fritt flödande vattenfilm.

"Även om det kan vara för tidigt att förutse industriella eller kommersiella tillämpningar för vårt arbete just nu, Jag tror att det ger den sista pusselbiten, "Berättade Zhang Phys.org . "Fast, gas, och plasma har redan använts för att generera THz -vågor, men inte flytande. Med vätska, särskilt vatten, fyra tillstånd av materia har nu använts som THz -källor. "

I deras experiment, forskarna fokuserade femtosekundlaserpulser (som har en varaktighet i storleksordningen en pikosekund, eller 10 ^-12 sekunder) inuti vattenfilmen. Laserpulserna skapar en plasma i vattenfilmen, som joniserar vattenmolekylerna, generera fria elektroner, och så småningom avger THz -strålning.

Tidigare forskning har visat att THz -vågor kan genereras från flera andra källor, inklusive luftplasma. Dock, forskarna i den nya studien fann att THz -strålningen från vatten uppvisar mycket olika egenskaper jämfört med THz -strålningen från luftplasma. Till exempel, en längre laserpulsvaraktighet ökar mängden THz strålningsenergi som genereras från vatten, men för luftplasma är det motsatta sant:en kortare puls ökar THz -strålningen. Forskarna fann också att när den placeras bort från den normala infallsvinkeln för optisk excitation, styrkan hos THz -strålningen från vatten beror på laserstrålens polarisering, medan THz-strålningen från luftplasma är polarisationsoberoende.

Forskarna förklarar att dessa observationer inte helt kan förklaras av fysikernas nuvarande förståelse av de mekanismer som är involverade i THz -våggenerering. De förväntar sig att ytterligare undersökning av laser-vatten-interaktioner kommer att leda till en bättre förståelse av fysiken bakom de nya observationerna, och eventuellt till nya applikationer.

"Vatten är det viktigaste elementet i människokroppen och på vår jord, "Zhang sa." Att använda vatten för att generera THz -vågor är ett steg mot att förstå vattnets roll i detta frekvensområde. Tidigare, vi försökte undvika vatten i de flesta THz -applikationer. Nu kommer vi sannolikt att använda vatten för att generera intensiva THz -vågor. "

© 2017 Phys.org