Об’єднана група фізиків з Університету Райса (США) і Осакського університету (Японія) виготовила практично ідеальний терагерцевый поляризатор на основі нанотрубок

Варто відразу нагадати, що частоти терагерцевого випромінювання займають вільну область між інфрачервоним і надвисокочастотним діапазонами. Це випромінювання відноситься до неіонізуючих, не завдає шкоди організму людини і легко проходить крізь більшість діелектриків, але сильно поглинається провідними матеріалами; дерево, пластик або тканина для нього прозорі, а метал і вода — немає. Такі властивості дозволяють використовувати його, наприклад, для сканування в системах безпеки.

«Хороші терагерцевые випромінювачі і детектори у нас вже є, — говорить Дзюн’їтіро Коно (Junichiro Kono), керівник лабораторії Університету Райса, в якій був створений новий поляризатор. — Не вистачає тільки пристроїв для маніпулювання випромінюванням, і саме цю проблему ми і намагалися вирішити».

Перший варіант поляризатора на основі впорядкованого масиву одношарових вуглецевих нанотрубок учені випробували в 2009-му, отримавши обнадійливі, але все ж далекі від ідеалу результати.

«Коли напрямок поляризації терагерцовій хвилі було перпендикулярно осі нанотрубок, ніякого послаблення випромінювання не зазначалося, — згадує пан Коно. — Однак у разі «паралельної» поляризації пропускання не знижувалося до нуля, залишаючись на рівні 30-50 відсотків».

Рис. 1. Одне-, двох – і тришарові терагерцевые поляризатори на нанотрубках (ілюстрація Lei Ren / Rice University).

Спосіб усунення цього недоліку був очевидний: потрібно збільшити товщину поляризатора. У конструкцію нової версії поляризатора входять відразу три встановлених один за одним впорядкованих масиву нанотрубок, розміщених на сапфірових підкладках.

При випробуваннях на цю структуру прямувало терагерцевое випромінювання, отримане з допомогою фемтосекундного титан-сапфірового лазера і нелінійного кристала телуриду цинку, в якому реалізується ефект оптичного випрямлення.

Як виявилося, відносно просте і надійне тришарове пристрій забезпечує ступінь поляризації в 99,9% в інтервалі частот від ~0,4 до 2,2 ТГц.

У цій же області воно має коефіцієнт екстинкції (відношення потужності випромінювання, що пройшов через налаштований на пропускання поляризатор, до потужності, вимірюваної у разі максимального послаблення), рівний ~30 дБ.

Рис. 2. Порівняння характеристик поляризатора на нанотрубках (позначено червоним) з показниками звичайного сітчастого поляризатора, виготовленого з 10-мікрометрових вольфрамових дротів, які натягнуті на круглу раму з кроком в 30 мкм. Легко помітити, що пристрій традиційної конструкції поступається в цьому змаганні. (Ілюстрація з журналу Nano Letters).

Повна версія звіту про експерименти з терагерцевым поляризатором опублікована в статті:

Lei Ren, Cary L. Pint, Takashi Arikawa, Кеі Takeya, Iwao Kawayama, Masayoshi Tonouchi, Robert H. Hauge, and Junichiro Kono Broadband Terahertz Polarizers with Ideal Performance Based on Aligned Carbon Nanotube Stacks. – Nano Lett. – DOI: 10.1021/nl203783q; Publication Date (Web): January 23, 2012.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *