ИСТИНА

В настоящем проекте использованы уникальные свойства ФК волокон для реализации источника мощных терагерцовых импульсов. Проект включает в себя две основные задачи. Первая задача заключается в реализации и демонстрации мощного, компактного, широкополосного источника терагерцовых импульсов на основе волоконно-оптического усилителя, реализованного на основе иттербиевых ФК волокон с большой площадью сердцевины. Генерация ТГц импульсов будет осуществлена в процессе оптического выпрямления излучения накачки в различных типах нелинейных кристаллов, в частности фосфиде галлия. Повышение эффективности преобразования и оптимизация параметров будет осуществляться за счет использование техники изменяемой спектрально-временной формой фронта импульсов накачки, а также анти-резонансных терагерцовых отражательных микроструктур. Вторая основная задача проекта связана с развитием методик применения источника ТГц импульсов. Эта задача включает реализацию время-разрешенной терагерцовой спектроскопии биологических молекул и тканей, а также исследование поверхностных плазмонных и волноводных эффектов в ТГц области длин волн. Работа рамках проекта велась в сотрудничестве между научными группами МГУ имени М.В.Ломоносова и университета г.Тяньцзинь

В ходе первого года выполнения работ был продемонстрирован компактный, мощный и масштабируемый, широкополосный источник терагерцового (ТГц) излучения, с использованием волоконного усилителя на основе фотонно-кристаллических волокон с большой площадью моды. Кристалл GaP толщиной 3 мм (<110>) использовался как генератор ТГц излучения, основанный на оптическом выпрямлении. Оптимизация рабочих параметров позволила достигнуть мощности ТГц излучения 150 мкВт при мощности оптической накачки 12 Вт на кристалле GaP. Используя методы терагерцовой спектроскопию с временным разрешением, мы исследовали ТГц-спектры астаксансина и рибофлавина, и спектры двух видов клеток, haenatcoccus plusivalis и bacillus subtilis, которые производят астаксантин и рибофлавин в процессе метаболизма. Было установлено, что рибофлавин лучше, чем астаксансин, поглощает ТГц излучение и имеет более насыщенные и разнообразные линии поглощения. Показано, что методами терагерцовой спектроскопии с высоким временным разрешением рибофлавин, как продукт внутриклеточного метаболизма, может быть зарегистрирован в клетках. ТГц излучение может проникать внутрь клетки и определять некоторые продукты метаболизма по изменениям спектра, что может в перспективе использоваться в качестве инструмента для высокотехнологичного сканирования в индустриальных масштабах. На втором этапе работ с использованием волоконного источника фемтосекундных лазерных импульсов на основе иттербиевого усилителя проведено детальное экспериментальное исследование влияния параметров чирпа импульсов накачки на эффективность генерации терагерцовых импульсов, реализуемых в процессе оптического выпрямления в кристалле фосфида галлия толщиной 3 мм. Было показано, что более высокая эффективность генерации терагерцового излучения может быть достигнута при отрицательном чирпе импульсов накачки. В использованной оптической схеме с импульсной накачкой средней мощностью 21 Вт, генерируемой в волоконной задающей системе и заданным отрицательным чирпом -2.3? 10-3 ps2, было получено широкополосное терегерцовое излучение мощностью до 0.3 мВт. Более высокая эффективность генерации терагерцового излучения в случае отрицательно чирпированных импульсов накачки объясняется за счет механизма временного сужения импульса в нелинейном кристалле. На основе точного решения связанных уравнений была разработана субволновая просветляющая микропирамидальная структура, которая затем была изготовлена с помощью прецизионной механической обработки и использована для усиления терагерцового излучения, получаемого в результате оптического выпрямления в кристалле фосфида галлия (GaP). Было экспериментально продемонстрировано 16% возрастание мощности терагерцового излучения, генерируемого в 3 мм кристалле фосфида галлия, в просветляющей микропирамидальной решетке с периодом 60 мкм и углом у основания пирамидок 55.5 градусов. Было продемонстрировано, что оптимизированная усечено-пирамидальная решетка может работать как высокоэффективная просветляющая структура с высокой степенью эффективности в широком спектральном диапазоне 0.5 – 5 ТГц.