破记录的太赫兹激光束将空气变成发光的等离子体

克劳迪娅·戈尔纳（Claudia Gollner）和维也纳工业大学的激光系统。

维也纳工业大学（维也纳）开发了一种新型的高效太赫兹辐射源：激光将空气变成等离子体，从而产生太赫兹射线，用于许多可能的应用。

太赫兹辐射用于机场的安全检查，医学检查以及工业质量检查。但是，太赫兹范围内的辐射极难产生。维也纳工业大学的科学家现已成功开发出打破了几项记录的太赫兹辐射源：它的效率极高，并且其光谱范围非常广-它在整个太赫兹范围内产生不同的波长。这打开了产生具有极高辐射强度的短辐射脉冲的可能性。新的太赫兹技术现已在《自然通讯》杂志上发表。

激光器和天线之间的“太赫兹间隙”

“太赫兹辐射具有非常有用的特性，”维也纳工业大学光子学研究所的克劳迪娅·戈尔纳（Claudia Gollner）说。“它可以轻松穿透许多材料，但与X射线不同，它无害，因为它不会电离辐射。”

但是，从技术角度来看，太赫兹辐射位于很难接近的频率区域内-就像是两个著名区域之间的无人区：普通的固态激光器可以产生更高频率的辐射。另一方面，在移动通信中使用的低频辐射是通过天线发射的。最大的挑战恰好在太赫兹范围内。

克劳迪娅·戈尔纳（Claudia Gollner）在维也纳工业大学的实验室中。

因此，在维也纳工业大学的激光实验室中，必须付出很大的努力才能产生所需的高强度太赫兹辐射脉冲。“我们的出发点是红外激光系统的辐射。它是由我们研究所开发的，在世界上是独一无二的。”克劳迪娅·戈尔纳（Claudia Gollner）说。首先，激光穿过所谓的非线性介质。在这种材料中，红外辐射被修改，部分红外辐射被转换为频率两倍的辐射。

“因此，现在我们有两种不同类型的红外辐射。然后将这两种辐射叠加。这会产生具有非常特定的不对称形状的电场波。” Gollner说。

“碲化锌晶体的初步实验已经表明，太赫兹辐射非常适合以全新的方式回答材料科学中的重要问题。我们坚信这种方法具有广阔的前景。”

将空气变成等离子

这种电磁波强度足以将电子从空气中的分子中分离出来。空气变成发光的等离子体。然后，特殊形状的波电场会加速电子，使其产生所需的太赫兹辐射。

“我们的方法非常有效：提供的能量的2.3％被转换为太赫兹辐射，这比其他方法所能达到的数量级要大。这将导致近200 J的极高THz能量，”µ Claudia Gollner说。新方法的另一个重要优点是产生了太赫兹辐射。整个太赫兹范围内的不同波长会同时发射。这会产生非常强烈的短辐射脉冲。不同太赫兹波长的光谱越大，可以生成的脉冲越短且强度越大。

大量可能的应用

维也纳工业大学研究小组负责人安德鲁斯·巴尔图斯卡（Andrius Baltuska）表示：“这意味着，现在首次可提供用于极高强度辐射的太赫兹光源。”“碲化锌晶体的初步实验已经表明，太赫兹辐射非常适合以全新的方式回答材料科学中的重要问题。我们坚信这种方法具有广阔的前景。”

参考：Anastasios D. Koulouklidis，Claudia Gollner，Valentina Shumakova，Vladimir Yu撰写的“观察中红外双色激光灯丝产生的太赫兹信号非常高效”。费多罗夫（Fedorov），奥德里乌斯·普格利斯（AudriusPugžlys），安德留斯·巴尔图什卡（AndriusBaltuška）和史特里奥斯·佐佐克斯（Stelios Tzortzakis），2020年1月15日，《自然通讯》。
10.1038 / s41467-019-14206-x