Terahertz -stråling (THz), elektromagnetisk stråling med frekvenser, der spænder fra 0,1 og 10 THz, er central for funktionen af forskellige teknologier, herunder billeddannelse, sensing og spektroskopi -værktøjer. Mens THz -strålingsbølger er blevet manipuleret på forskellige måder i løbet af de sidste årtier, er det hidtil forblevet en udfordring at kontrollere deres retning i luft.
Forskere ved Ecole Polytechnique (CNRS) på Institut Polytechnique de Paris demonstrerede for nylig styringen af laserproduceret THz-stråling i luft ved hjælp af en for nylig introduceret teknik kaldet “Flying Focus.” Deres papir, der er offentliggjort i Fysiske gennemgangsbrevekunne åbne nye muligheder for manipulation af THz elektromagnetiske bølger, som igen kunne udnyttes til at udvikle nye teknologier.
“Min gruppe har arbejdet med genereringen af THz-stråling med laserinducerede filamenter i luft i næsten 20 år,” fortalte Aurélien Houard, seniorforfatter af papiret, til LektieForum. “En stor fordel ved disse filamenter er, at de kan genereres i en stor afstand fra laseren i atmosfæren. Imidlertid forblev THz -emissionen begrænset tæt på laseraksen, som ikke er praktisk til fjerndetektion.”
Som en del af deres undersøgelse begyndte Houard og hans kolleger at pålideligt kontrollere retningen af laserproduceret THz-stråling i luft ved hjælp af en nyligt introduceret teknik kaldet Flying Focus. Denne teknik er designet til at kontrollere gruppens hastighed af fokuserede femtosekundimpulser,
“Denne gruppehastighed er den parameter, der bestemmer den vinkelfordeling af THz -strålingen i filamenterne,” sagde Houard. “Vi besluttede derefter at teste det med plasma -filamenter i luft for at se, om vi kunne kontrollere ioniseringshastigheden og den resulterende THz -strålingsvinkel.”
I det væsentlige fungerer teknikken, der er anvendt af forskerne, ved at justere en lasers ioniseringsfront (dvs. det sted, hvor luftmolekyler fjernes af elektroner). Ved at dirigere dette punkt kan det dirigere THz -bølger, hvilket får dem til at styre i specifikke vinkler eller endda baglæns.
“Ved at forme de forskellige frekvenskomponenter i laserpulsen giver den flyvende fokusteknik dig mulighed for eksternt at kontrollere retningen og hastigheden af det plasma, der genereres i fokus for laserstrålen,” forklarede Houard. “På denne måde kan du øge intensiteten af den stråling, der er produceret af plasmaet, og vælge den retning, den udsendes.”
De indledende eksperimenter, der blev udført af Houard og hans kolleger, gav meget lovende resultater, hvilket fremhævede potentialet ved at flyve fokustilnærmelser til styring af THz -bølger i luften. I fremtiden kunne teamets fund inspirere andre forskningsgrupper til at anvende den nye teknik og vurdere dets potentiale for specifikke applikationer, hvilket igen kan føre til udvikling af nye teknologier, herunder fjerntliggende THz -spektroskopi -værktøjer til at analysere materialer i detaljer fra afstand.
“Vores undersøgelse viser, at det flyvende fokus kan bruges til at vende retningen for sekundær stråling for at producere bagud THz -emission,” tilføjede Houard. “Vi planlægger nu at teste forskellige metoder til at forbedre THz -emissionen fra filamentet og forsøge at anvende den samme teknik på andre sekundære strålinger fra laserfilamenter.”