Поиск

Представлен совершенно новый подход к генерации высокочастотного излучения

Сейчас для генерации излучения в терагерцовом диапазоне используется громоздкое и дорогое оборудование, например линейные ускорители и циклотроны. Более простой способ заключается в «косвенной» генерации: сначала генерируется излучение других диапазонов электромагнитного спектра, а затем оно преобразуется в терагерцовое. Этот подход может быть реализован с использованием сверхбыстрых фотоиндуцированных токов в полупроводниках или смещением разностной частоты в нелинейных кристаллах {Прим. ред.: для читателей-неспециалистов просьба – не пытаться понять эту фразу}. В зависимости от свойств возбуждающего лазера производится широкополосное или одночастотное терагерцовое излучение. Однако обычно используемые лазерные системы производят только сотни нановатт терагерцовой мощности или меньше.

1_1.jpg Рис. 1. а) ПЭМ изображение микросфер, синтезированных в течение 3 часов (а) и 10 часов (b). с) увеличенное изображение поверхности микросферы; d) схематическое изображение нанокантилевера с толщиной 15 нм.

В журнале Nature Nanotechnology показали совершенно новый подход к генерации высокочастотного излучения. Для этого авторами были синтезированы в гидротермальных условиях массивы со структурой ядро-оболочка, состоящие из гексагональных нанопластинок ZnO. Самосборка агрегатов происходит в полярном растворе полимера, при этом оболочка состоит из нанокантилеверов, радиально выстроенных вокруг ядра. Каждый кантилевер покрыт заряженным полимером. Для возбуждения механического резонанса в подобных пьезоэлектрических структурах оксида цинка использовался лазер, работающий в видимых длинах волн. Ускорение и замедление зарядов в структурах поочередно вызывает терагерцовое излучение {Прим. ред.: дл посвященных читателей просьба не читать эту фразу про фотонанобарабаны}.

2_1.jpgРис. 2. Экспериментальная схема для измерения терагерцового излучения.

Освещение агрегатов зеленым лазером создает механические колебания вдоль нанопластин с частотой, определяемой их толщиной и модулем упругости. Близкий контакт между нанопластинками внутри агрегата и между соседними агрегатами приводит к тому, что эти колебания когерентно связываются друг с другом. Таким образом, несмотря на разные размеры массивов, модулируется одна резонансная частота, причём в терагерцовой области.

По полученным данным процесс конверсии «зеленых» фотонов в терагерцовые очень эффективен. Выход конверсии фотонов составляет более 33%. Из-за сильного отличия энергии зеленых и терагерцевых фотонов выход конверсии мощности намного меньше и составляет 0.016%. Но этого все равно достаточно для генерации существенной мощности: команда наблюдала испускание непрерывного терагерцевого излучения мощностью несколько микроватт при освещении зеленым лазерным светом с мощностью в десятки милливатт.

3_0.jpg Рис. 3. Колебательные спектры микросфер, приготовленных в течение разного времени (2.5, 3, 5, 7 и 10 часов). Спектры сняты при действии аргонового ионного лазера с длиной волны 514.5 нм.

Данные устройства весьма конкурентноспособны с существующими непрерывноволновыми источниками, такими как полупроводниковые фотосмесители, которые требуют двухцветный возбуждающий лазер. Кроме того, одностадийный процесс синтеза значительно упрощает их масштабное производство для промышленного применения.

Результаты исследований опубликованы в статье:

X. L. Wu, S. J. Xiong, Z. Liu, J. Chen, J. C. Shen, T. H. Li, P. H. Wu & Paul K. Chu Green light stimulates terahertz emission from mesocrystal microspheres. – Nature Nanotechnology. – 2011. – V.6. – P. 103–106; doi:10.1038/nnano.2010.264; Published online 16 January 2011.

nanometer.ru

Не забываем поделиться записью!

Дата: 2011-02-18



Яндекс.Метрика Kwork.ru - услуги фрилансеров от 500 руб.