Тот случай, когда вы
наконец-то дотянулись
до лакомого кусочка.
Структурированный свет, особенно в терагерцовом диапазоне, открывает множество возможностей в различных областях: от связи до медицины и материаловедения. Однако генерация и управление терагерцовым излучением пока остаются проблемами нерешёнными. Несмотря на довольно отчётливые перспективы, мы не можем работать с этим диапазоном достаточно эффективно ‒ наши оптические решения неидеальны, а радиотехника не способна корректно обрабатывать столь высокочастотные сигналы.
Практическое освоение этого участка осложняется многими факторами, первым из которых стоит указать интенсивность затухания сигнала. Чем выше частота волны, тем быстрее уменьшается её амплитуда. Это правило заметно даже в слышимом килогерцовом спектре, что уж говорить о ТГц-диапазоне, где возмущения в миллиард раз быстрее, и речь идёт о триллионах герц ‒ 1012. Но теоретически мы можем справиться с этим мощнейшими источниками и приёмниками сигналов.
Сегодня в этой сфере задействовано немало исследовательских ресурсов, технология бурно развивается, регулярно появляются новые наработки, проверяются новые идеи. И вот совсем недавно учёные из Китая разработали метод генерации структурированных световых пучков терагерцового диапазона. На этот раз ‒ с использованием программируемых спинтронных излучателей, что, по заявлениям авторов, предлагает совсем другие перспективы, впервые открывая перед нами возможности генерировать свет со спиновым и орбитальным угловым моментом и манипулировать им.
Это новое исследование, опубликованное в eLight под руководством профессоров Университета Фудань Чжэншенг Тао и Ичжэн Ву, а также профессора Янь Чжан из Столичного педагогического университета, возвращает нас к использованию магнетизма, но всё-таки позволяет преодолеть набившие оскомину основные ограничения технологии. Созданные программируемые спинтронные излучатели обладают рядом магнитных мультислоев с обменным смещением, перемежающихся с немагнитными материалами. За счёт чего инженеры научились спин-поляризованные токи, производимые лазером, преобразовывать в искомое терагерцевое излучение.
«Ключевое новшество заключается в нашей способности гибко программировать диаграмму намагниченности внутри излучателя с высокой точностью и высоким пространственным разрешением, ‒ объясняет аспирант Шунцзя Ван, первый автор исследования. ‒ Это позволяет нам проектировать и генерировать терагерцовые пучки со сложными состояниями поляризации, включая пучки с пространственно разделёнными круговыми поляризациями, состояниями азимутальной или радиальной поляризации и даже полный пучок Пуанкаре».
Являясь представителем широкого класса векторных лазерных пучков, пучок Пуанкаре демонстрирует все возможные состояния поляризации света в пределах своего поперечного сечения. Это наделяет его уникальными свойствами. Например, точками фазовых сингулярностей, когда в электромагнитной волне энергия движется по кругу, и фронт распространяющейся волны также имеет вид спирали. Это позволяет говорить о применимости нового метода в создании особых оптических сил, достижении плоских профилей интенсивности и высокоточных однократных поляриметрических измерениях.
«Наши результаты открывают путь для разработки новых терагерцовых устройств с расширенными функциональными возможностями, ‒ заключает профессор Чжэншенг Тао. ‒ Возможность манипулировать терагерцовым светом с такой точностью открывает захватывающие возможности для применения в спектроскопии, сенсорике и связи».
Авторы занимаются доработками своей технологии для практического её внедрения в производственные, исследовательские и иные процессы. Сканеры для систем безопасности; ТГц-визуализация внутренних органов, которая несколько точнее и намного безопаснее рентгеновских лучей; электроника и, как частный случай, вычислительные системы, ‒ каждая область потенциального применения новой технологии обладает своей спецификой. Однако теперь всё это и многое другое ‒ вопрос уже не столь далёкого будущего.
По материалам АРМК.