В Курчатовском институте нашли способ повысить эффективность генерации ТГц- излучения

Терагерцовые технологии сегодня активно развиваются и сфера их применения весьма широка: от медицины (ТГц-излучения используют в медицинских томографах) до безопасности. В частности, с помощью терагерцовой спектроскопии можно анализировать химический состав и структуру материалов без их повреждения.

В настоящее время для разных задач созданы различные ТГц-излучатели. Среди них фотопроводящие антенны (ФПА) – экономичные и простые в изготовлении устройства, генерирующие терагерцовое излучение. Однако у ФПА есть недостаток – низкая эффективность преобразования энергии. Для генерации волн в ТГц-диапазоне с помощью ФПА используют преобразование лазерных лучей, однако лишь небольшая доля исходных импульсов "превращается" в ТГц-излучение, а большая часть энергии теряется в процессе.

Ученые ОСВЧПЭ им. В.Г. Мокерова Центра перспективной микроэлектроники НИЦ "Курчатовский институт" совместно с коллегами из ИОФ РАН предложили оригинальное и эффективное решение для генерации терагерцового излучения – одномерный массив, состоящий всего из семи единичных ФПА с топологией типа "диполь". Перед изготовлением устройства исследователи на основе компьютерного моделирования выявили принципиальное влияние поглощенной мощности лазерного возбуждения и периода массива на процесс формирования диаграммы направленности ТГц-излучения. Несмотря на относительную простоту конструкции массива, он оказался в 11 раз эффективнее единичной ФПА.

– Конструкция массива подобрана с учетом корректного выбора периода по отношению к поглощенной мощности лазерного возбуждения, поэтому она обеспечивает максимально эффективную перекачку энергии в основной лепесток диаграммы направленности антенны. Если в массиве больше двух элементов, то в диаграмме направленности всегда появляются боковые лепестки. Это похоже на то, как формируется дифракционная картина при прохождении света через узкую щель. В нашем случае мы подобрали параметры массива таким образом, что влияние боковых лепестков не значительно, – говорит Дмитрий Пономарев, заместитель руководителя ОСВЧПЭ им. В.Г. Мокерова.

Одномерный массив – промежуточный вариант между единичной ФПА и широкоапертурным ФПА-излучателем – то есть источником большой площади. Последние, хотя и обеспечивают генерацию более мощных ТГц импульсов, значительно сложнее в топологии и требуют больше ресурсов на изготовление. А конструкция, предложенная учеными Курчатовского института, гораздо проще и при этом незначительно уступает источникам большой площади по эффективности преобразования энергии.

Результаты работы опубликованы в журнале Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves.