Новое исследование, проведенное в Университете Рочестера, может помочь властям в недалеком будущем быть лучше информированными при решении таких ситуаций и действовать более безопасно. Работая с особым типом электромагнитной волны, называемой терагерцовой (ТГц), которая способна обнаруживать и / или отображать объекты за барьерами, команда продемонстрировала, что они могут обнаруживать волну ТГц диапазона на расстоянии до 100 футов. Волна ТГц, созданная исследователями, более чем в пять раз сильнее, чем волна, генерируемая более традиционными способами, что заставляет их полагать, что волна ТГц — и изображение скрытого объекта — могут быть обнаружены на гораздо больших расстояниях в будущее.
Исследовательский проект возглавляли Канг Лю, аспирант по оптике, и Си-Ченг Чжан, профессор оптики М. Паркер Гивенс и директор Института оптики, в сотрудничестве с группой из Греции во главе с Цортзакисом Стелиосом. Результаты опубликованы в журнале Optica.«Использование нетрадиционного лазерного луча в нашем проекте выходит за рамки научного любопытства», — сказал Чжан. «Это делает возможным дистанционное зондирование химических, биологических и взрывчатых материалов с небольшого расстояния».
Волны ТГц диапазона, которые попадают между микроволновым и инфракрасным диапазоном электромагнитного спектра, могут проникать через определенные твердые объекты, непрозрачные для видимого света, создавая изображения того, что скрыто от глаз. В отличие от традиционных рентгеновских лучей, волны делают это, не повреждая ткани человека. Все это делает волны THz многообещающим инструментом для органов внутренней безопасности и других правоохранительных органов. Но прежде чем ТГц волны смогут широко использоваться, необходимо преодолеть ряд препятствий, в том числе как сделать их более эффективными на больших расстояниях.
Одним из недостатков является то, что волны поглощаются молекулами воды в воздухе и значительно ослабевают на больших расстояниях, что делает их обычно неэффективными. Одно из решений состоит в том, чтобы генерировать волны ТГц диапазона вблизи цели, чтобы они могли пройти лишь небольшое расстояние. Также важно, чтобы волны были интенсивными, потому что, как указывает Лю, «чем сильнее терагерцовая волна, тем больше работы она может выполнять».Ключом к их результатам было использование особого экзотического лазерного луча, называемого кольцевым лучом Эйри, для генерации терагерцовой волны, которая в 5,3 раза превышает энергию импульса терагерцовых волн, создаваемых стандартными гауссовыми лучами.
Обычные лучи света распространяются по мере движения, но это не относится к кольцевым лучам Эйри, которые изгибаются к центру со всех точек.Чтобы начать процесс, Лю направил лазерный луч на пространственный модулятор света (SLM), который сформировал кольцевой луч Эйри.
Как видно из названия, балка круглая с полым центром. Вместо того, чтобы распространяться по мере движения, луч коллапсировал внутрь, создавая интенсивно возбужденную область свободных электронов, называемую плазмой. Эти электроны, в свою очередь, генерировали волну ТГц диапазона, которая могла бы проникать в ближайшую цель и отражать изображения или предоставлять жизненно важную химическую информацию о том, что скрыто.
«Когда целью является предполагаемое взрывное устройство, важно выполнять работу на безопасном расстоянии», — сказал Лю. «Мы считаем, что наш метод может помочь в дистанционном зондировании в ТГц диапазоне с расстояния более 100 футов, обеспечивая более надежный и гибкий способ удаленной генерации ТГц диапазона».Модулятор позволил исследователям изменять размер кольцевого пучка Эйри и точно настраивать размеры создаваемой плазмы.
Следующим шагом, по мнению Лю, является управление кольцевыми лучами Эйри для создания более сильных терагерцовых волн на больших расстояниях.Финансирование исследовательского проекта было предоставлено Исследовательским офисом армии США «Laserlab-Europe» и Генеральным секретариатом проекта Aristeia по исследованиям и технологиям «FTERA».