Российские исследователи совместно с японскими коллегами разработали новый метод, который позволяет увеличить мощность терагерцовых излучателей. В будущем это повысит КПД устройств на их основе, которые могут применяться в биологических исследованиях, медицинской диагностике и системах связи 5G. Работа опубликована в журнале Optics Letters.
Терагерцовое излучение находится в промежутке между инфракрасным и микроволновым диапазонами, что объясняет его особые свойства. Оно не только может поглощаться водой и тканями живых организмов, но и способно проникать сквозь материалы-диэлектрики (пластик, керамика). Эксперименты показали, что терагерцовое излучение безопасно для живых организмов, что открывает перспективы его применения в медицине и биологических исследованиях, а также в системах связи 5G. Именно поэтому ученые активно занимаются разработкой методов, которые позволяют генерировать и детектировать терагерцовое излучение.
В своей работе ученые использовали фотопроводящую антенну (ФПА), которая генерирует терагерцовое излучение. Она представляет собой нанесенные на полупроводниковую пластинку два металлических электрода. Между ними располагается зазор, в котором запасена электрическая энергия. Именно из нее генерируется энергия терагерцового импульса. Исследователи поместили на лицевой стороне поверхности ФПА линзы, изготовленные из сапфирового волокна. Такие линзы имеют высокое значение коэффициента преломления. Теоретический расчет и моделирование показали, что в такой установке энергия импульса перераспределится в пространстве. При этом интенсивность электромагнитных волн увеличится в 40 раз. Это, в свою очередь, повышает мощность терагерцового излучения. При этом КПД ФПА возрастет в 7–10 раз, что увеличит эффективность устройств на основе этой технологии.
«Наша разработка ляжет в основу создания систем терагерцовой спектроскопии и визуализации, которые важны в ряде областей, включая создание систем неинвазивной диагностики раковых опухолей и высокоскоростной передачи информации на основе 5G и 6G», — подвел итог Дмитрий Пономарев, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, заместитель директора ИСВЧПЭ РАН.
Автор: Олеся Фарберович