Способ управления спектром пучка широкополосного терагерцового излучения



Способ управления спектром пучка широкополосного терагерцового излучения
Способ управления спектром пучка широкополосного терагерцового излучения

 


Владельцы патента RU 2491587:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) (RU)

Изобретение относится к оптике дальнего инфракрасного (ИК) и терагерцового (ТГц) диапазонов и может найти применение в установках, содержащих широкополосные источники ТГц-излучения, в ТГц плазменной и фурье-спектроскопии проводящей поверхности и тонких слоев на ней, в перестраиваемых фильтрах ТГц-излучения. Способ управления спектром пучка широкополосного ТГц-излучения включает размещение на пути пучка селективно поглощающего фильтра. При этом излучению сообщают линейную поляризацию, а в качестве фильтра используют проводящую поверхность. Поляризованное излучение преобразуют в пучок направляемых поверхностью поверхностных плазмонов (ПП), который после пробега им макроскопического расстояния по поверхности пластины преобразуют в пучок объемных электромагнитных волн (ОЭВ) и достигают искомого амплитудно-частотного распределения гармонических компонент в пучке ОЭВ изменением расстояния пробега пучка ПП по поверхности пластины. Технический результат заключается в обеспечении возможности оперативного управления амплитудно-частотным спектром пучка во всем ТГц-диапазоне. 2 ил.

 

Изобретение относится к оптике дальнего инфракрасного (ИК) и терагерцового (ТГц) диапазонов и может найти применение в установках, содержащих широполосные источники ТГц-излучения (нагретое тело, синхротрон, импульсные лазеры), в ТГц плазменной и фурье-спектроскопии проводящей поверхности и тонких слоев на ней, в перестраиваемых фильтрах ТГц-излучения.

Основным способом управления спектром пучка широкополосного ИК-излучения является пропускание пучка через селективный по частоте фильтр. По своему принципу действия оптические фильтры подразделяют на абсорбционные (изготовленные из веществ, имеющих полосы поглощения в пределах спектра пучка), интерференционные (состоящие из прозрачной пластины, поверхность которой содержит многослойное покрытие с чередующимися высоким и низким показателями преломления), отражательные (действие которых основано на спектральной зависимости отражения непрозрачного материала), поляризационные (их применение основано на том, что отраженное объектом излучение частично поляризовано), дисперсные (функционирующие на основе зависимости показателя преломления вещества фильтра от длины волны) [Э. Ангерер. Техника физического эксперимента // М.: Физматлит, 1962. С.317-324]. Интенсивность излучения в пределах полос поглощения изменяют путем изменения расстояния, проходимого излучением в веществе фильтра. Основными недостатками известного способа являются ограниченность диапазона частот, подвергаемого регулировке и определяемого расположением полос поглощения вещества фильтра на оси частот, а также невозможность оперативного управления спектром пучка.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является способ управления спектром пучка широкополосного ТГц-излучения, включающий размещение на пути пучка селективно поглощающего фильтра, выполненного в виде упорядоченного набора идентичных отверстий в проводящем экране [Melo A.M., Komberg M.A., Kaufmann P. et al. Metal mesh resonant filters for terahertz frequencies // Applied Optics, 2008, v.47, №32, p.6064-6069]. Положением полосы пропускания фильтра на оси частот и шириной полосы управляют формой и размерами отверстий, а также - расстоянием между ними. Основным недостатком известного способа является невозможность оперативного управления амплитудно-частотным спектром пучка.

Технический результат изобретения направлен на обеспечение возможности оперативного управления амплитудно-частотным спектром пучка во всем ТГц-диапазоне.

Технический результат достигается тем, что в способе управления спектром пучка широкополосного ТГц-излучения, включающем размещение на пути пучка селективно поглощающего фильтра, излучению предварительно сообщают линейную поляризацию, согласно изобретению в качестве фильтра используют проводящую поверхность, поляризованное излучение преобразуют в пучок направляемых поверхностью поверхностных плазмонов (ПП), который после пробега ПП расстояния Δx преобразуют в пучок объемных электромагнитных волн (ОЭВ) и достигают искомого амплитудно-частотного распределения гармонических компонент в пучке ОЭВ изменением расстояния Δх.

Оперативность управления амплитудно-частотным спектром пучка во всем ТГц-диапазоне достигается вследствие пропорциональности коэффициента поглощения ПП квадрату частоты излучения при данном расстоянии Δx, пробегаемом ПП [Zhizhin G.N., Yakovlev V.A. Broad-band spectroscopy of surface electromagnetic waves // Physics Reports, 1990, v.194, №5/6, p.281-289]. Изменяя расстояние Δх пробега ПП, можно плавно регулировать амплитудно-частотное распределение гармонических компонент в пучке на выходе фильтра, вплоть до полного подавления нежелательной части спектра.

Изобретение поясняется чертежами: на рис.1 - схема устройства, реализующего способ; на рис.2 - частотные зависимости интенсивности в пучке ТГц-излучения синхротрона до плазменного фильтра и после него при различных расстояниях пробега ПП по границе раздела "золото - воздух".

Предлагаемый способ может быть реализован с использованием устройства, описанного в [Gerasimov V.V., Knyazev B.A., Nikitin A.K., Zhizhin G.N. A way to determine the permittivity of metallized surfaces at terahertz frequencies // Applied Physics Letters, 2011, v.98, 171912] и схема которого приведена на рис.1, где цифрами обозначены: 1 - источник широкополосного излучения; 2 - поляризатор, сообщающий излучению p-поляризацию относительно плоскости падения; 3 - плоское поворотное зеркало; 4 - цилиндрическое зеркало; 5 - проводящая пластина с плоскопараллельными гранями, размещенная на платформе 6; 7 - элемент преобразования излучения источника в ПП; 8 - экран, поглощающий объемное излучение, не преобразованное в ПП; 9 - подвижная платформа, содержащая фиксированные элементы 3, 4, 7 и 8, способная перемещаться вдоль поверхности пластины 5; 10 - фокусирующий объектив.

Способ реализуется следующим образом. Широкополосное излучение источника 1, содержащее непрерывный ряд гармонических компонент, направляют на поляризатор 2, плоскость пропускания которого совпадает с плоскостью падения излучения. Далее линейно поляризованное излучение отражается зеркалом 3 и фокусируется зеркалом 4 на зазор между проводящей пластиной 5, размещенной на платформе 6, и элементом 7, преобразующим объемное излучение в ПП. На выходе элемента 7, наряду с пучком ПП, образуется веер паразитных объемных волн, которые блокируют непрозрачным экраном 8, край которого отстоит от поверхности пластины 5 не менее чем на глубину проникновения поля ПП в окружающую среду. Пучок ПП содержит такой же ряд гармонических компонент, как и излучение источника 1. Распространяясь по пластине 5, гармонические компоненты ПП затухают по экспоненциальному закону со степенным показателем, пропорциональным квадрату частоты данной компоненты. Дойдя до края пластины 5, пучок ПП, в результате дифракции на ребре пластины, трансформируется в пучок объемных электромагнитных волн (ОЭВ) [Агранович В.М. Кристаллооптика поверхностных поляритонов и свойства поверхности // УФН, 1975, т.115, Вып.2, с.199-237]. Расходящийся пучок p-поляризованных ОЭВ коллимируется объективом 10, сфокусированным на край пластины 5. В силу неодинаковости затухания компонент пучка ПП можно оперативно управлять спектром пучка ОЭВ, изменяя расстояние пробега ПП Δх.

В качестве примера применения заявляемого способа рассмотрим возможность управления спектром пучка излучения синхротрона, содержащим непрерывный ряд гармонических компонент в диапазоне частот от 50 см-1 до 700 см-1, что соответствует длинам волн λ от 200 мкм до 14,3 мкм [Кулипанов Г.Н., Скринский А.Н. Использование синхротронного излучения: состояние и перспективы // УФН, 1977, т.122, вып.3, с.369-418]. Для этого в качестве фильтра выберем оптическую поверхность золота, диэлектрическую проницаемость которого будем рассчитывать по модели Друде, полагая столкновительную частоту свободных электронов равной 215 см-1, а плазменную - 72800 см-1 [Ordal М.А., Bell R.J., Alexander R.W., Long L.L., and Querry M.R. Optical properties of fourteen metals in the infrared and far infrared: Al, Co, Cu, Au, Fe, Pb, Mo, Ni, Pd, Pt, Ag, Ti, V, and W // Applied Optics, 1985, v.24(24), p.4493-4499]. Преобразование излучения синхротрона в ПП будем осуществлять волноводным методом, описанным в [Jeon T.-L., Grischkowsky D. THz Zenneck surface wave (THz surface plasmon) propagation on a metal sheet // Applied Physics Letters, 2006, V.88, 061113] и позволяющим эффективно реализовывать преобразование во всем ТГц-диапазоне (объемное излучение преобразуется в ТМ-волноводные моды полого металлического волновода, которые, дифрагируя на крае элемента преобразования, частично трансформируются в соответствующие ПП). Кроме того, этот метод позволяет управлять низкочастотной границей спектра пучка ПП, путем изменения величины зазора между элементом преобразования и поверхностью, направляющей ПП (отсечка наинизшей волноводной моды наступает при величине зазора, равной λ/2).

На рис.2 приведены расчетные частотные зависимости интенсивности в пучке ТГц-излучения синхротрона до плазменного фильтра (сплошная линия) и после него при длине пробега ПП Δx по границе раздела "золото - воздух", равной 10 см, 20 см и 50 см. Видно, что при Δх=50 см компоненты с частотами превышающими 600 см-1 ослабляются более чем в 100 раз, в то время как интенсивность компонент с частотами близкими к 200 см-1 ослабляется всего в 2 раза. Перемещая подвижную платформу 9 с укрепленным на ней элементом преобразования излучения источника в ПП, можно оперативно изменять длину пробега пучка ПП, изменяя тем самым соотношение интенсивностей гармонических компонент в пучке ОЭВ на выходе плазменного фильтра. При этом возможна регулировка низкочастотной границы спектра изменением величины зазора между элементом преобразования 7 и поверхностью, направляющей ПП.

Таким образом, рассмотренный пример наглядно демонстрирует возможность оперативного управления амплитудно-частотным спектром пучка широкополосного ТГц-излучения.

Способ управления спектром пучка широкополосного терагерцового излучения, включающий размещение на пути пучка селективно поглощающего фильтра, отличающийся тем, что излучению сообщают линейную поляризацию, в качестве фильтра используют проводящую поверхность, поляризованное излучение преобразуют в пучок направляемых поверхностью поверхностных плазмонов, который после пробега им макроскопического расстояния по поверхности пластины преобразуют в пучок объемных электромагнитных волн и достигают искомого амплитудно-частотного распределения гармонических компонент в пучке объемных электромагнитных волн изменением расстояния пробега пучка поверхностных плазмонов по поверхности пластины.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу приготовления гелеобразного полимерного электролита для электрохромных светомодуляторов с пленочными электрохромными слоями на основе полимерных кислот, при этом к полимерной кислоте добавляют низкомолекулярную жидкую при температуре, равной нижней границе температурного диапазона работоспособности светомодулятора, слабую кислоту.

Изобретение относится к полупроводниковой и лазерной технике и предназначено для повышения качества работы фото-, светодиодов и лазеров. .

Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности к волоконным импульсным лазерам со сверхкороткой длительностью импульса, работающим на длине волны около 1 мкм.

Изобретение относится к области квантовой электроники, а именно к системам для модуляции излучения лазера в заданном спектральном диапазоне с помощью импульсного лазера, длина волны излучения которого лежит в другой спектральной области, и может быть использовано в многолучевых лазерах, применяемых для оптической связи, обработки материалов, дальнометрии, дистанционного зондирования атмосферы (двулучевые лидары), лазерной гравировки, спектроскопических исследованиях в криминалистике, медицине, биологии и т.д.

Изобретение относится к оптической технике и может быть использовано для подавления термонаведенного двулучепреломления в поглощающих оптических элементах лазеров с большой средней мощностью излучения.

Изобретение относится к способам оптической связи и локации и может быть использовано в системах цифровой и аналоговой связи как в волоконно-оптических, так и в открытых линиях связи, а также в оптической локации.

Изобретение относится к оптическим устройствам, основанным на использовании явлений полного внутреннего отражения и интерференции световых потоков. .

Изобретение относится к устройствам регулирования освещенности. .

Изобретение относится к области лазерной техники. Нанорезонатор состоит из двух гребенчатых пересекающихся фотонно-кристаллических волноводов, в месте пересечения образующих резонансную камеру. В зоне резонансной камеры выполнены щели, при этом длина щели больше ее ширины не менее чем в 2 раза. Щели могут быть расположены на равном расстоянии от центра пересечения диагоналей резонансной камеры. Кроме того, щели могут быть расположены внутри волновода, а также могут быть заполнены нелинейным оптическим материалом, например халькогенидным стеклом. Технический результата заключается в повышении добротности резонатора. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к способу управления модуляцией оптического сигнала в устройствах на основе жидких кристаллов (ЖК) и может применяться в ЖК-дисплеях, различных фотонных устройствах и оптических компонентах для телекоммуникационных систем. Способ управления оптическим откликом ЖК устройства заключается в том, что к ЖК устройству прикладывают напряжение переменного электрического поля с прямоугольной формой сигнала разной частоты, при этом знак потенциала на электродах не изменяется в результате использования однополярного меандра. Для управления переключением оптического сигнала в ЖК устройствах используют импульсы постоянного тока и переменное напряжение электрического поля с синусоидальной и прямоугольной формой импульса разной частоты. Техническим результатом изобретения является ускорение переключения оптического сигнала при одновременном уменьшении амплитуды приложенного напряжения, необходимого для получения оптического отклика, что позволяет снизить энергопотребление ЖК устройства. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к оптике и касается способа повышения плотности мощности светового излучения внутри среды. Способ включает в себя формирование среды в виде многослойной периодической структуры, имеющей в спектре пропускания запрещенную зону, а также узкие резонансные пики полного пропускания и направление в эту среду излучения, длина волны которого совпадает с одним из резонансных пиков полного пропускания. Технический результат заключается в повышении плотности мощности излучения внутри периодической среды. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к оптической технике. Компенсатор термонаведенной деполяризации γ0 включает в себя расположенный на оптической оси компенсирующий оптический элемент, установленный за поглощающим оптическим элементом. При этом компенсирующий оптический элемент изготовлен из материала, параметры которого удовлетворяют, по крайней мере, одному условию: либо параметр оптической анизотропии материала является отрицательным (ξ1<0), либо термооптическая характеристика Q1 материала имеет знак, противоположный знаку термооптической характеристики Q0 материала поглощающего оптического элемента, при этом длина L1 компенсирующего оптического элемента и положение его кристаллографических осей определяются выбором материала компенсирующего оптического элемента и условием минимума суммарной термонаведенной деполяризации в системе поглощающий оптический элемент - компенсирующий оптический элемент. Технический результат заключается в обеспечении возможности компенсации термонаведенной деполяризации в поглощающем оптическом элементе лазера с помощью только одного оптического элемента, что упрощает изготовление и настройку разработанного компенсатора. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к источнику импульсного лазерного излучения, который включает в себя последовательно оптически связанные между собой лазер с непрерывным излучением, оптический коммутатор, блок согласования, средство оптической задержки, оптическое средство суммирования излучения, фокусирующую систему. Дополнительно введены оптический ключ, управляемый задающий генератор импульсов и счетчик импульсов с устанавливаемым коэффициентом пересчета, причем информационный вход оптического ключа соединен с выходом лазера с непрерывным излучением, а выход соединен с информационным входом оптического коммутатора, первый выход управляемого задающего генератора импульсов электрически соединен с управляющим входом оптического ключа, второй выход электрически соединен с первым управляющим входом оптического коммутатора и, кроме того, второй выход управляемого задающего генератора импульсов через счетчик импульсов с устанавливаемым коэффициентом пересчета подключен ко второму управляющему входу оптического коммутатора. Технический результат заключается в увеличении выходной интенсивности оптического лазерного излучения за счёт интерференции импульсов. 3 ил.

Изобретение относится к светорегулирующему термохромному устройству, включающему по меньшей мере две светопропускающих подложки и по меньшей мере один термохромный слой, обратимо изменяющий пропускание световых и тепловых потоков при изменении его температуры в видимой и/или ближней ИК областях спектра. При этом термохромный слой выполнен из термохромного материала, представляющего собой фотоотверждаемую композицию на основе смесей мономеров и олигомеров производных ненасыщенных кислот, содержащую комплексы переходных металлов, галогениды щелочных и/или щелочноземельных металлов. Использование настоящего изобретения позволяет упростить технологию производства, снизить энергозатраты и трудоемкости процесса изготовления термохромного триплекса, понизить его себестоимости. Изготовление устройства отличается малой токсичностью в производстве, доступностью и дешевизной сырьевых материалов. 11 з.п. ф-лы, 3 табл., 4 пр., 122 ил.

Изобретение относится к области оптики и касается устройства управления параметрами лазерного излучения. Устройство включает в себя источник лазерного излучения, поляризатор, вращающийся оптический элемент и цепь обратной связи. Цепь обратной связи состоит из светоделительной пластины, дополнительного поляризатора, фотодетектора, усилителя, блока управления скоростью вращения оптического элемента и поворотного блока, на котором установлен датчик угла поворота плоскости поляризации. Технический результат заключается в обеспечении возможности управления степенью и углом поворота поляризации. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области оптической спектроскопии и может быть применено при разработке новых методов нестационарной оптической спектроскопии, позволяющих исследовать свойства неоднородной плазмы в области аномальной дисперсии. Технический результат изобретения - получение внутри плазменного волновода регулярной пространственной структуры оптического показателя преломления в спектральной области аномальной дисперсии вблизи длины волны, соответствующей узкой спектральной линии поглощения в плазме высокоскоростных волн ионизации. Лазерное излучение наносекундной длительности пропускают через плазменный волновод под углом к оптической оси волновода, где в узкой спектральной области аномальной дисперсии вблизи фиксированной спектральной линии поглощения плазмы создается распределение оптического показателя преломления с цилиндрическим профилем с максимумом показателя преломления вдоль границы и минимумом вдоль центра трубки. 6 ил.

Изобретение относится к области оптической локации и лазерной техники. Способ выделения части сигнала с максимальным значением интенсивности включает использование целого числа пар, состоящих из нулевого и первого туннельно-связанных нелинейно-оптических волноводов (ТСНОВ). На длине каждых ТСНОВ укладывается нечетное или четное число перекачек мощности излучения при малых входных интенсивностях, когда влиянием оптической нелинейности на процесс перекачки мощности можно пренебречь. При этом вводят сигнал с малыми и большими значениями интенсивности, влияющими вследствие нелинейности на процесс перекачки, в нулевой волновод ТСНОВ, и излучение с выхода соответственно нулевого или первого волновода ТСНОВ подают в нулевой волновод следующей пары ТСНОВ. Параметры всех ТСНОВ и диапазон интенсивности входного сигнала на входе нулевого волновода каждых ТСНОВ подобраны так, что сигнал с большим значением интенсивности выходит соответственно из нулевого волновода, при нечетном числе перекачек для малых входных интенсивностей на длине этих ТСНОВ, или из первого волновода этих ТСНОВ, при четном числе перекачек для малых входных интенсивностей на длине этих ТСНОВ. Технический результат - обеспечение выделения части сигнала с максимальным значением интенсивности оптическими средствами. 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области управления интенсивностью, цветом, фазой, поляризацией или направлением света. Сущность способа состоит в том, что угловой спектр генерируемого оптического двухфотонного излучения меняют в зависимости от пространственного профиля изменения интенсивности лазерной накачки. Предлагаемый способ позволяет генерировать максимально перепутанные состояния Белла пар фотонов в двумерном подпространстве параксиальных мод с единичной четностью. Ключевой особенностью метода является использование лазерной накачки в высших пространственных модах в режиме жесткой фокусировки. Технически, метод основан на адаптивной подстройке фазового фронта лазерной накачки с помощью активного пространственного фазового модулятора света. Этот подстроенный фронт за счет условий фазового синхронизма в нелинейном кристалле генерирует форму амплитуды бифотона соответствующей пространственному состоянию Белла. 2 ил.
Наверх