Учёные из Новосибирска и Самары создали элементы для управления терагерцовым излучением

Коллективом авторов из Новосибирского государственного университета, Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ) и Самарского национального исследовательского университета имени академика С. П. Королёва (Самарского университета) разработаны, изготовлены и исследованы дифракционные оптические элементы для управления терагерцовым излучением, которые позволяют формировать пучки заданного модового состава или фокусировать энергию излучения в заданные двух- и трехмерные области. Создание таких элементов позволит решать задачи дистанционного зондирования объектов, передачи информации в терагерцовом диапазоне и обработки материалов с помощью мощного терагерцового излучения.
Кремниевый бинарный дифракционный оптический элемент

Терагерцовое излучение — вид электромагнитного излучения, спектр которого находится в диапазоне 1011–1013 Гц, между видимым (оптическим) излучением и радиодиапазоном. Длина волны в терагерцовом диапазоне составляет 30–3000 мкм (3×10-5–3×10-3 м)

В конце прошлого года исследователи из НГУ, ИЯФ, Института систем обработки изображений РАН (Самара) и Самарского университета первыми в мире получили закрученные бесселевы пучки в терагерцовом диапазоне и впервые использовали их для формирования поверхностных электромагнитных волн на поверхности металла. Эта работа явилась одним из результатов сотрудничества новосибирских и самарских учёных в области создания и исследования дифракционных оптических элементов для управления пучками терагерцового излучения и формирования заданного пространственного распределения энергии этого излучения.

Совместные исследования учёных НГУ и Самарского университета оказались плодотворными благодаря сотрудничеству с Институтом ядерной физики СО РАН, где находится самый мощный в мире на сегодняшний день терагерцовый лазер на свободных электронах (НЛСЭ).

► Разработкой дифракционных оптических элементов (ДОЭ) для ультрафиолетового, видимого и инфракрасного диапазонов в Самарском университете (ранее — СГАУ) занимаются с начала 1980-х годов. Преимуществами дифракционных оптических элементов перед элементами традиционной оптики являются уменьшенные массогабаритные характеристики и более широкие функциональные возможности.


В июньском номере издания Journal of Modern Optics вышла статья Focusing of Novosibirsk Free Electron Laser (NovoFEL) radiation into paraxial segment, в которой изложены результаты исследования фокусировки пучка терагерцового излучения Новосибирского лазера на свободных электронах на длине волны 141 мкм с помощью кремниевого дифракционного оптического элемента в протяженный объем цилиндрической формы.

Кремниевый бинарный (двухуровневый) дифракционный оптический элемент был рассчитан и изготовлен с помощью технологии реактивно-ионного травления в Научно-образовательном центре нанотехнологий Самарского университета. Специальное антиотражающее полимерное покрытие для уменьшения потерь на отражение было разработано и нанесено на поверхность элемента специалистами компании «Тидекс» (Санкт-Петербург).

— Созданный дифракционный оптический элемент позволяет формировать цилиндрический протяженный световой пучок для зондирования объектов сложной формы с высоким пространственным разрешением, — отмечает заведующий научно-исследовательской лабораторией прикладной электродинамики НГУ, главный научный сотрудник Института ядерной физики СО РАН, доктор физико-математических наук, профессор Борис Князев.

Учёный подчеркивает, что решение задачи управления пучками терагерцового излучения имеет большое значение для создания возможных приложений — лазерных радаров, телекоммуникационных систем терагерцового диапазона и лазерных технологических установок.
По словам Бориса Князева, направление интенсивно развивается: разрабатываются различные технологии создания дифракционных оптических элементов — от реактивно-ионного травления кремния до формирования микрорельефа на поверхности кремния с помощью лазерной абляции, или испарения (такая технология разработана в московском Институте общей физики РАН).