До сих пор подобные установки требовали больших помещений и значительного энергопотребления при том, что сами по себе они крайне востребованы. Терагерцовый диапазон может проникать внутрь объектов и даже анализировать их химический состав на основе поглощения определенных длин волн. В мобильных терагерцовых сканерах крайне заинтересованы службы безопасности, поскольку они должны ускорить, упростить и сделать безопасными для персонала сканер-досмотр багажа и грузов. Японским инженерам удалось значительно уменьшить размеры и энергопотребление таких сканеров, уместив их в компактную форму.

Исследователи из института Riken занимались изучением возможностей преобразования инфракрасного излучения в терагерцовый диапазон. Оказалось, что полупроводниковые лазеры могут служить основой для таких установок, что способствует их миниатюризации. Однако долгое время ученым не удавалось достичь эффективного преобразования инфракрасного луча в терагерцовое излучение без значительных потерь.

Тогда ученые обратили внимание на материал под названием ниобат лития (LiNbO3). Этот нелинейный кристалл обладает оптической прозрачностью в диапазоне волн от 0,4 до 5,0 мкм и способен преобразовывать входные частоты в частоты с другой длиной волны. Он используется в области оптоэлектроники. Исследователи совершили прорыв — подобрали оптимальную длительность импульсов для входного лазера ближнего инфракрасного диапазона, чтобы минимизировать рассеивание мощности луча в кристалле и максимально преобразовать ее в терагерцовое излучение.

Эта новая разработка привела к прорывному увеличению мощности исходящего сигнала — сразу на шесть порядков, но оставалась проблема с размерами установки, которые были неподходящими для ручного использования — на том этапе она получалась размером метр на метр. Исследователи нашли решение, заменив объемный кристалл ниобата лития на тонкий кристалл с искусственной поляризационно-модулированной микроструктурой, известный как периодически поляризованный кристалл ниобата лития (PPLN). Обычно такие кристаллы применяются в области видимого света, но при использовании инфракрасного лазера с правильными выходными импульсами удалось создать терагерцовый сканер, который помещается на ладони.

В ближайшем будущем роботы, оснащенные такими сканерами, смогут проводить инспекции строений, быстро осуществлять проверки на транспортных узлах, анализировать состав лекарств и продуктов питания, а также выполнять множество других полезных задач без использования рентгеновского оборудования, как это было ранее. Уже ведутся переговоры о внедрении разработки с компаниями Ricoh, Topcon, Mitsubishi Electric и Hamamatsu Photonics.