НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ В 50 РАЗ УВЕЛИЧИЛА МОЩНОСТЬ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ ТЕРАГЕРЦОВЫХ ВОЛН

Дата публикации: 05 июня 2023

Физики усовершенствовали излучатели терагерцовых волн за счет комбинации встречно-штыревых электродов, по форме напоминающих миниатюрную расческу, и фотопроводящей подложки на основе соединений галлия и индия с мышьяком. Такое сочетание позволило устройству эффективнее преобразовывать энергию лазера в терагерцовое излучение, благодаря чему мощность устройства увеличилась в 50 раз. Терагерцовые волны безопасны для человека, а также хорошо проникают сквозь живые ткани и многие природные и искусственные материалы, благодаря чему генерирующие их устройства могут использоваться в медицине, для сканирования багажа и экологического мониторинга. Результаты исследования, поддержанного грантами Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics.

Электромагнитное излучение, находящееся в диапазоне между инфракрасным и микроволновым, называют терагерцовым. Долгое время источники и приемники этого «промежуточного» диапазона частот были недостаточно эффективными. Однако за последние двадцать лет ученые создали ряд излучателей и детекторов специально для терагерцового излучения, поскольку его можно использовать в медицине, экологическом мониторинге, системах сканирования багажа, а также материаловедении. Так, например, на сегодняшний день тестируются «просвечивающие» медицинские приборы на основе терагерцового излучения: устройства для диагностики рака кожи, отслеживания состояния тканей после ожогов и выявления зубного кариеса. Терагерцовые волны абсолютно безопасны для человека, поэтому устройства, их излучающие, потенциально смогут заменить рентгеновские аппараты, ионизирующее излучение которых способно привести к повреждению ДНК и, следовательно, мутациям.
 

Чтобы для генерации терагерцового излучения было достаточно лазерных импульсов малой мощности, ученые улучшили фотопроводящую антенну, присоединив к ее контактам симметричные золотые встречно-штыревые электроды, по форме напоминающие расческу с очень тонкими и часто расположенными (на расстоянии порядка нескольких сотен нанометров) элементами, называемыми пальцами. Такая форма электродов позволяет значительно увеличить запасенную в излучателе энергию за счет увеличения его емкости. Кроме того, авторы разместили антенну на подложке из соединений индия и галлия с мышьяком (InAs/GaAs), которые выполняли роль квантовых точек — структур, участвующих в переносе электрического заряда на встречно-штыревые электроды.

Физики сравнили мощность улучшенного излучателя с исходным — не содержащим встречно-штыревых электродов, но использующим аналогичную фотопроводящую подложку. Для этого оба устройства возбуждали ультракороткими лазерными импульсами, а терагерцовое излучение регистрировали приемником на основе фотопроводящей антенны. Оказалось, что совместное использование квантово-точечных структур и встречно-штыревых электродов позволило увеличить мощность излучения антенны в 50 раз.

«Предложенная нами технология позволит сделать источники терагерцовых волн доступнее для практических применений в медицине и технике, поскольку она легко масштабируема для производства. Более того, данная разработка не требует сверхмощных дорогих лазеров для генерации терагерцовых волн, что также будет существенным преимуществом. В дальнейшем мы продолжим разработку новых источников широкополосного импульсного терагерцового излучения с еще более усовершенствованными характеристиками», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Дмитрий Пономарев, кандидат физико-математических наук, заместитель директора по научной работе ИСВЧПЭ РАН, ведущий научный сотрудник ИОФ РАН.

Информация предоставлена пресс-службой Российского научного фонда

Поделиться: