Logo
Cover

Терагерцовый спектр электромагнитного излучения находится между инфракрасными и микроволновыми частотами. Он используется в сканерах персонального досмотра в аэропортах, однако, излучение в этих частотах можно использовать и для строительства компактных ускорителей частиц. Немецким физикам удалось в 13 раз усилить терагерцовый сигнал, добившись рекорда в получении сверхмощного узкополосного импульса в этом диапазоне.  

«Длина волны терагерцового излучения примерно в тысячу раз короче, чем у радиоволн, которые сейчас используют для ускорения частиц, — говорит Франц Кертнер, ведущий ученый немецкого исследовательского центра физики частиц DESY. — Это значит, что компоненты ускорителя тоже могут стать в тысячу раз меньше».

Однако для того чтобы манипулировать значимым числом частиц, требуются мощные импульсы терагерцового излучения с четко определенной длиной волн. Именно этого и удалось добиться команде ученых из DESY и Университета Гамбурга. Они направили два луча лазера на так называемый нелинейный кристалл с минимальной временной задержкой. У обоих было нечто вроде цветового градиента, то есть цвет передней части импульса отличался от цвета задней. Из-за небольшого временного сдвига между ними цвет оказался немного разным, пишет Phys.org.

«Это отличие находится точно в терагерцовом диапазоне, — говорит Андреас Майер из Университета Гамбурга. — Кристалл преобразует его в терагерцовый импульс».

Этот метод требует полной синхронизации двух лазерных импульсов. Ученые добились такого результата, разделив один луч на две части и задержав один из них, прежде чем наложить их друг на друга. Однако, цветовой градиент импульсов не постоянный. Другими словами, цвет меняется не равномерно, а все быстрее, что препятствует созданию высокоэнергетических терагерцовых импульсов.

Решением стало удлинение цветовой характеристики одного из двух импульсов вдоль временной оси. Плюс этого подхода в том, что он простой и не требует серьезных преобразований — достаточно добавить в схему специальное зеркало. Терагерцовый сигнал стал сильнее в 13 раз. В результате немецким физикам удалось получить рекордный для этого метода терагерцовый импульс мощностью 0,6 мДж.       

Осенью прошлого года немецкие ученые разработали настолько маленькую конструкцию ускорителя электронов, что она уменьшается на кремниевом чипе. Для этого они разработали совершенно новый метод фокусировки электронов в вакуумных каналах.