Sökandet efter och utvecklingen av effektiva terahertz-källor (THz) är ett av 2000-talets stora vetenskapliga mål. THz-området i det elektromagnetiska spektrumet är sammansatt av ljusfrekvenser mellan det infraröda och mikrovågsbandet och står för en av de senast knappt utforskade ljusområdena - det finns inte många starka och effektiva källor och detektorer tillgängliga för THz-frekvensområdet för närvarande .
Nyligen genomförda ansträngningar för att producera THz-källor involverar användning av storskaliga laseranläggningar som använder ultrakorta pulsade lasrar som kan leverera ungefär den mängd ström som förbrukas av en biljon 1 W glödlampor inom intervallet av en kvadrilliondels sekund. Intensiteten i fokus för dessa lasrar är tillräckligt stark för att slita elektroner ur material (materia omvandlas till plasma), vilket leder till generering av ljus genom hela det elektromagnetiska spektrumet.
Tyvärr, för att producera starkare THz-frekvenser med denna metod, tillåter den nuvarande lasertekniken bara att ett fåtal "skott" avfyras under ett intervall på flera minuter eller timmar. Detta innebär att för att mäta och karakterisera THz-källorna korrekt måste en detektionsmetod som kan karakterisera strålningen som produceras i ett enda skott fullt ut utvecklas.
Forskare under ledning av prof. X.-C. Zhang vid Institute of Optics, University of Rochester i New York, USA, har utökat en metod för att detektera THz elektriska fält genom att omvandla det till synligt ljus som kallas "THz field-induced second harmonic" (TFISH) generation. Denna metod använder olinjär optik (studiet av interaktionen mellan materia och mycket intensivt ljus) för att fördubbla frekvensen av en optisk stråle i närvaro av en THz-våg.
Även om denna mätmetod har använts i nästan två decennier, tog forskarna fram en ny strategi för att mäta strålningen direkt vid plasmakällan när den produceras. Verket, med titeln "Local measurement of terahertz field-induced second harmonic generation in plasma filament", publicerades den 13 december 2023 i Frontiers of Optoelectronics .
Eftersom THz-vågen är begränsad till plasman när den initieras, är den olinjära omvandlingen från THz till synligt ljus extremt effektiv och kan till och med detekteras med blotta ögat. I sitt system producerar forskarna plasma i torr luft med en intensiv stråle och använder en andra svag laserstråle av optisk strålning för att undersöka plasman i en icke-kollinär vinkel. Genom att tajma ankomsten av sonderingsstrålen till skapandet av plasma, kan forskarna karakterisera plasmans dynamik, vilket ger en fullständig mätsvit för THz-källan.
Dessutom, med hjälp av ett gitter för att ändra tidpunkten över sonderingsstrålen, visade forskarna upp den första mätningen av en TFISH-signal som gjordes inom ett enda laserskott. Den här metoden ger den hittills största bandbredden för THz engångsdetektering.
Mer information: Kareem J. Garriga Francis et al, Lokal mätning av terahertzfältinducerad andra övertonsgenerering i plasmafilament, Frontiers of Optoelectronics (2023). DOI:10.1007/s12200-023-00095-y
Tillhandahålls av Frontiers Journals
