Терагерцовое излучение, занимающее промежуточное положение между микроволновым и инфракрасным диапазонами электромагнитного спектра, в последние два десятилетия привлекает пристальное внимание ученых и инженеров. Этот диапазон волн обладает уникальными свойствами, открывающими перспективы для множества технологических применений, от медицинской диагностики до высокоскоростной беспроводной связи.
Однако, несмотря на огромный потенциал, использование терагерцовых волн долгое время сдерживалось рядом технических трудностей. Одной из ключевых проблем являлось эффективное управление поляризацией терагерцового излучения. Поляризация, определяющая ориентацию колебаний световых волн, играет фундаментальную роль в современной оптике и фотонике, являясь краеугольным камнем таких технологий, как беспроводная связь нового поколения и биомедицинская визуализация.
Сложность управления поляризацией терагерцовых волн обусловлена их мезомасштабной длиной волны, которая на три порядка превышает длину волны видимого света. Это приводит к неэффективному взаимодействию излучения с веществом. Кроме того, широкий диапазон частот терагерцового излучения, простирающийся от 0,1 до 10 ТГц, требует от устройств управления поляризацией высокой ахроматичности, что также представляет собой серьезную инженерную задачу.
Решить эту давнюю проблему удалось ученым из Института аэрокосмических информационных исследований (AIR) Китайской академии наук и Нанкинского университета. Ими был разработан принципиально новый прибор, получивший название фазово-компенсированное зеркало полного внутреннего отражения (PCMT). Это устройство стало значительным шагом вперед в области оптики и фотоники, о чем свидетельствует публикация в авторитетном научном журнале Optica.
В основе работы PCMT-устройства лежит механизм ахроматического управления фазой. Он достигается путем точной настройки двух ключевых параметров: расстояния между зеркалом и призмой, а также двулучепреломления жидких кристаллов. Такое сочетание позволяет осуществлять прецизионное манипулирование состояниями поляризации в широком и перестраиваемом диапазоне частот, сводя к минимуму потери интенсивности излучения.
Разработанное устройство демонстрирует исключительные возможности в генерации и переключении поляризаций. Оно способно генерировать и активно переключаться между ортогональными линейными поляризациями, а также левой и правой круговыми поляризациями в широком частотном диапазоне от 1,6 до 3,4 ТГц. При этом достигаются беспрецедентные степени поляризации: степень линейной поляризации (DoLP) превышает 0,996, а степень круговой поляризации (DoCP) также превышает 0,996.
Более того, PCMT-устройство позволяет реализовывать произвольные состояния поляризации на любой центральной частоте, обеспечивая относительную полосу пропускания, превосходящую 90%. Такие характеристики открывают принципиально новые горизонты для применения терагерцового излучения в различных областях науки и техники.
«Наша работа демонстрирует, что терагерцовые волны, которые часто считались неуправляемыми, теперь можно обуздать и оркестровать с высокой точностью», – отмечает профессор Чен Сюекван из Института аэрокосмических информационных исследований (AIR). По его словам, этот прорыв открывает двери для множества приложений, делая терагерцовые технологии более доступными и универсальными, чем когда-либо прежде.
Потенциальные области применения нового устройства простираются от телекоммуникаций и зондирования до характеризации материалов и многих других. Разработка PCMT-устройства может трансформировать отрасли, в значительной степени зависящие от технологий, чувствительных к поляризации, предоставив им универсальное и эффективное решение для различных задач.
Данное достижение, представленное Китайской академией наук, знаменует собой важный шаг на пути к широкому внедрению терагерцовых технологий, открывая новые возможности для научных исследований и практических применений в различных областях.
Изображение носит иллюстративный характер
Однако, несмотря на огромный потенциал, использование терагерцовых волн долгое время сдерживалось рядом технических трудностей. Одной из ключевых проблем являлось эффективное управление поляризацией терагерцового излучения. Поляризация, определяющая ориентацию колебаний световых волн, играет фундаментальную роль в современной оптике и фотонике, являясь краеугольным камнем таких технологий, как беспроводная связь нового поколения и биомедицинская визуализация.
Сложность управления поляризацией терагерцовых волн обусловлена их мезомасштабной длиной волны, которая на три порядка превышает длину волны видимого света. Это приводит к неэффективному взаимодействию излучения с веществом. Кроме того, широкий диапазон частот терагерцового излучения, простирающийся от 0,1 до 10 ТГц, требует от устройств управления поляризацией высокой ахроматичности, что также представляет собой серьезную инженерную задачу.
Решить эту давнюю проблему удалось ученым из Института аэрокосмических информационных исследований (AIR) Китайской академии наук и Нанкинского университета. Ими был разработан принципиально новый прибор, получивший название фазово-компенсированное зеркало полного внутреннего отражения (PCMT). Это устройство стало значительным шагом вперед в области оптики и фотоники, о чем свидетельствует публикация в авторитетном научном журнале Optica.
В основе работы PCMT-устройства лежит механизм ахроматического управления фазой. Он достигается путем точной настройки двух ключевых параметров: расстояния между зеркалом и призмой, а также двулучепреломления жидких кристаллов. Такое сочетание позволяет осуществлять прецизионное манипулирование состояниями поляризации в широком и перестраиваемом диапазоне частот, сводя к минимуму потери интенсивности излучения.
Разработанное устройство демонстрирует исключительные возможности в генерации и переключении поляризаций. Оно способно генерировать и активно переключаться между ортогональными линейными поляризациями, а также левой и правой круговыми поляризациями в широком частотном диапазоне от 1,6 до 3,4 ТГц. При этом достигаются беспрецедентные степени поляризации: степень линейной поляризации (DoLP) превышает 0,996, а степень круговой поляризации (DoCP) также превышает 0,996.
Более того, PCMT-устройство позволяет реализовывать произвольные состояния поляризации на любой центральной частоте, обеспечивая относительную полосу пропускания, превосходящую 90%. Такие характеристики открывают принципиально новые горизонты для применения терагерцового излучения в различных областях науки и техники.
«Наша работа демонстрирует, что терагерцовые волны, которые часто считались неуправляемыми, теперь можно обуздать и оркестровать с высокой точностью», – отмечает профессор Чен Сюекван из Института аэрокосмических информационных исследований (AIR). По его словам, этот прорыв открывает двери для множества приложений, делая терагерцовые технологии более доступными и универсальными, чем когда-либо прежде.
Потенциальные области применения нового устройства простираются от телекоммуникаций и зондирования до характеризации материалов и многих других. Разработка PCMT-устройства может трансформировать отрасли, в значительной степени зависящие от технологий, чувствительных к поляризации, предоставив им универсальное и эффективное решение для различных задач.
Данное достижение, представленное Китайской академией наук, знаменует собой важный шаг на пути к широкому внедрению терагерцовых технологий, открывая новые возможности для научных исследований и практических применений в различных областях.
