Терагерцовый приемник с рекордными параметрами создан в Великобритании
Метод визуализации терагерцового излучения с рекордными характеристиками предложили британские физики в статье, опубликованной 6 января в журнале Physical Review X.
Исследователям удалось создать прибор, который сочетает высокое быстродействие с пространственным разрешением, близким к физическому пределу. Была продемонстрирована работа камеры, которая позволяла получать изображение площадью 1 квадратный сантиметр с частотой 3 тысячи кадров в секунду.
В основе метода лежит регистрация камерой видимого излучения, возникающего в результате прохождения терагерцовых волн через активную среду — пары цезия, которые облучаются лазерами инфракрасного диапазона. В результате воздействия лазеров атомы цезия переходят в состояние с высокой энергией. Из этого состояния они могут самопроизвольно перейти в состояние с меньшей энергией, испустив фотон.
Однако, если возбужденные атомы цезия поглотят терагерцовое излучение с определенной длиной волны, они перейдут в другое возбужденное состояние, переход из которого сопровождается интенсивным линейчатым излучением в зеленой части спектра. Это излучение может быть выделено с помощью светофильтра и зафиксировано оптическим приемником.
В опыте Люси Даунс (Lucy Downes), Эндрю МакКеллара (Andrew MacKellar) и их коллег из Объединенного квантового центра Даремаского университета (Durham University) таким методом детектировалось излучение с частотой 0,55 терагерц.
Экспериментаторы установили, что быстродействие метода визуализации определяется временем жизни выбранного возбужденного состояния, которое составляло в опыте 0,8 микросекунд. Для этого они использовали вращающийся диск с прорезями и скоростную камеру.
В опыте британских физиков пространственное разрешение было порядка длины волны излучения (приблизительно 0,5 мм), что соответствуют ограничению, которое накладывает волновая природа.
Напомним, к терагерцовому (субмиллиметровому) диапазону относится излучение с длиной волны от сотых долей до единиц миллиметра. Создание эффективных источников и приемников этого диапазона представляет большой интерес для развития методов неразрушающей диагностики, медицинских исследований, обнаружения органических соединений и в других областях.
Широкому распространению приборов терагерцового диапазона препятствуют технические сложности. Существующие терагерцовые приемники либо нуждаются в сложной и габаритной системе охлаждения, либо, в тех случаях, когда нужно получить изображение, необходимо прибегать к механическому сканированию, что отрицательно сказывается на быстродействии.
