Ett forskargrupp från ITMO University och University of Rochester (U.S.A.) genomförde en studie om bildandet av terahertz -strålning i vätskor. Tidigare, Generering av sådan strålning i ett flytande medium ansågs omöjligt på grund av hög absorption. Dock, i sin nya forskning, forskarna beskrev detta fenomens fysiska natur och visade att flytande strålningskällor kan vara lika effektiva som traditionella. Resultaten har publicerats i Bokstäver i tillämpad fysik .

Terahertz elektromagnetisk strålning kan lätt passera genom de flesta material utom metaller och vatten. I dag, det används ofta i säkerhetssystem som används för att upptäcka olagliga droger och vapen, såväl som för biomedicinsk forskning. Mest modern forskning kring terahertz -strålning fokuserar på att hitta nya, stabilare, kraftfulla och effektiva källor.

De vanligaste källorna till terahertzstrålning är fasta material. Dessutom, det finns källor baserade på femtosekundlaserfilament i luft och gaser. I detta fall, en kraftfull laserstråle skapar en plasma i gasmediet genom att jonisera det så att fria elektroner genererar elektromagnetisk terahertz -strålning. Även om att göra samma sak i ett flytande medium hittills ansetts vara omöjligt på grund av hög absorption, en internationell forskargrupp från ITMO University och University of Rochester visade motsatsen. Deras nya studie avslöjade att vätska, faktiskt, har ett antal fördelar jämfört med andra källor som gaser.

"Tills vår kollega, Prof. Xi-Cheng Zhang, hade kunnat upptäcka terahertz -strålning i en vätska, man trodde att det var omöjligt. Men vi visade att när det gäller effektivitet, flytande källor kan närma sig källor i fast tillstånd, som nu anses vara standarden. Dessutom, vätskor är mycket lättare att få fram än kristaller. De tål också hög pumpenergi, vilket gör det möjligt att få bättre resultat, "förklarar Anton Tsypkin, Chef för Laboratory of Femtosecond Optics and Femtotechnology vid ITMO University.

Vanligtvis, strålning genereras på grund av frigöring av fria exciterade elektroner under filamentering. Ju fler elektroner kan exciteras eller joniseras, desto starkare blir terahertz -strålningen. Antalet exciterade elektroner i en molekyl beror på energin som spenderas på excitation eller "pumpning" av mediet. Skillnaden mellan erforderliga "pumpande" energier i gas och vätska är liten. På samma gång, densiteten av molekyler i en vätska är mycket högre än i en gas, så att en jämförbar pumpenergi gör det möjligt att excitera fler elektroner och göra strålningen starkare.

Forskare undersökte riktningen av terahertz -strålning i vätskan. Experiment utfördes parallellt vid två universitet för att eliminera fel. Sedan, forskarna verifierade de oberoende erhållna resultaten och arbetade tillsammans på en teoretisk modell för att förklara dem. Som ett resultat, de lyckades ta fram och fysiskt underbygga strålningsmönstren för terahertz -strålning i en vätska och dess beroende av vinkeln vid vilken vätskan kolliderar med pumpstrålningen. Enligt forskarna, dessa resultat kommer att användas i framtida arbete.

"En betydande nackdel med vätska är dess stora absorption. Vi planerar att lösa detta problem genom att optimera typen av vätska, jetens form, pumpeffekten och ett antal andra parametrar. Vi vill experimentellt hitta de optimala parametrarna för strålningsgenerering i olika vätskor, samt att utveckla en teoretisk modell baserad på dessa data. Den kan användas för att skapa en prototypenhet som gör att vi kan producera olika typer av terahertzstrålning från vätskor, " säger Xi-Cheng Zhang, meddirektör för International Institute Photonics and Optical Informatics vid ITMO University, och en forskare vid University of Rochester.