Ученые из Национального исследовательского Нижегородского государственного университета создали сэндвич-структуру из ниобата лития и кремниевых пластин. Она способна преобразовывать импульсы титан-сапфирового лазера в терагерцовое излучение с эффективностью 0,35%. О своем открытии исследователи рассказали в статье журнала Optics Letters.

Терагерцовое излучение находится в диапазоне между инфракрасным и микроволнами. Оно обладает целым рядом интересных свойств — например, способно проникать сквозь непрозрачные материалы, селективно взаимодействовать с веществами и даже ускорять элементарные частицы. Такие перспективы применения терагерцового излучения, однако, ограничены отсутствием эффективных его источников.

Проблема состоит в том, что терагерцовые волны нельзя генерировать ни как свет — лазерными методами, — ни как микроволны. Поэтому необходимо создавать новые методы конкретно для этого вида излучения. Один из них — оптическая ректификация сверхкоротких лазерных импульсов. Для этого ученые обычно используют кристалл ниобата лития, который способен выделять из лазерного импульса его огибающую. Эта огибающая и является источником терагерцового излучения.

Исследователи Университета Лобачевского в новой работе представили свой вариант оптико-терагерцового преобразователя. Это сэндвич-структура в виде тонкого, толщиной 30-50 микрометров, кристалла ниобата лития, который расположен между двумя кремниевыми призмами. Лазерный импульс движется в таком кристалле как в волноводе и генерирует терагерцовое излучение, расходящееся от него в обе стороны. Благодаря эффекту полного внутреннего отражения, два терагерцовых пучка выходят в воздух из кристалла параллельно друг другу на небольшом расстоянии. При этом образуется один широкий пучок.

Чтобы проверить эффективность новой сэндвич-структуры, ученые провели эксперимент. Они облучили кристалл титан-сапфировым лазером с энергией импульса 10 микроджоулей. В результате материал смог преобразовать импульс в терагерцовое излучение с шириной спектра более 3 ТГц с эффективностью 0,35%.