За последние 40 лет терагерцовое изучение нашло широкое применение для систем контроля качества и обеспечения безопасности, определения веществ, а также для различных биомедицинских исследований. Но высокомощные источники излучения в этом диапазоне появились не так давно. При этом мощное излучение изменяет показатель преломления среды и влияет на то, как она пропускает излучение других диапазонов. Исследователи называют такие эффекты нелинейностями и изучают их, чтобы создавать устройства для управления светом.
Ученые из Университета ИТМО впервые в мире смогли напрямую измерить нелинейный показатель преломления вещества в терагерцовом диапазоне. Для этого они адаптировали ранее известный метод Z-сканирования. С его помощью ученые получили экспериментальные данные о том, как высокомощное излучение изменяет показатель преломления исследуемого образца. Затем провели численное моделирование эксперимента и сравнили результаты: они оказались схожими.
«Мы впервые смогли достоверно убедиться, что терагерцовое излучение вызывает сильную нелинейность в среде. Пока мы провели измерения только для воды, но планируем расширить диапазон сред, в которых будем проводить экспериментальные и теоретические исследования такого рода. Полученные данные пригодятся для создания устройств для управления светом, а также в фундаментальных и биомедицинских исследованиях», – комментирует Мария Жукова, сотрудник Лаборатории фемтосекундной оптики и фемтотехнологий Университета ИТМО.
«Наша лаборатория давно занимается разработкой высокоинтенсивных источников излучения терагерцового диапазона, и мы уже добились в этом определенных успехов. Но прежде чем углубляться в физику излучения, мы решили описать нелинейности, которые оно вызывает. Тем более, что экспериментальная база это позволяет: в Университете ИТМО есть редкое оборудование. Мы смогли подобрать и адаптировать метод измерения нелинейности, чтобы максимально эффективно его использовать», – добавляет коллега Марии Максим Мельник.
Статья: High Kerr nonlinearity of water in THz spectral range. Anton Tcypkin, Maksim Melnik, Maria Zhukova et al. Optics Express. April 1, 2019
