Российские ученые разработали методы генерации мощного терагерцевого излучения

Новосибирск. 20 ноября. ИНТЕРФАКС - Специалисты Института ядерной физики СО РАН им.Г.И.Будкера и Института прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН (Нижний Новгород) разработали методы генерации мощных (мультимегаваттных) потоков терагерцевого (ТГц) излучения для интервала частот 0,15 - 1,5 ТГц (длина волны 2 - 0,2 мм), сообщает пресс-служба ИЯФ СО РАН.

"Исследования базируются на использовании получаемых на ускорителях ИЯФ СО РАН пучков релятивистских электронов с током от единиц до десятков килоампер с уникально малым разбросом скоростей, что открывает возможность генерации субгигаваттной импульсной мощности в потоке излучения для указанного интервала частот", - говорится в сообщении.

В частности, разработан принципиально новый метод генерации излучения, основанный на коллективном торможении электронов пучка на волнах в плазме, который уже обеспечил достижение уровня мощности выше 10 МВт в окрестности 0,2 ТГц, что является рекордом для настоящего времени.

Отмечается, что исследования заложили основу для создания мощных генераторов, которые необходимы для новых методов трансформации структуры и свойств материалов, а также для высокоразрешающей локации объектов.

Современные источники терагерцевого излучения, которые называются лазеры на свободных электронах (ЛСЭ), обеспечивают генерацию излучения на частотах выше 1 ТГц (длина волны, соответственно, менее 0,3 мм) с высокой пиковой мощностью в кратковременном импульсе.

"При этом, содержание энергии в таком отдельном импульсе мало, а последовательность импульсов во времени обеспечивает невысокой уровень средней по времени мощности", - говорится в сообщении.

"Только новосибирский лазер на свободных электронах (НЛСЭ), созданный в ИЯФ СО РАН, способен поднимать длину волны излучения из области десятков микрон до уровня 0,4 мм при средней мощности потока излучения около 0,4 кВт, освоению интервала частот 0.075 - 1 ТГц (соответствующая длина волны 3 - 0.3 мм) с сохранением высокой мощности излучения мешает ряд трудностей, связанных с отсутствием приемлемого физического механизма генерации и подходящих инженерно-технических решений", - приводятся в сообщении слова главного научного сотрудника ИЯФ, профессора Андрей Аржанников.

Выяснилось, что среди мощных вакуумных приборов, разрабатываемых в мире за последние два десятилетия, только гиротроны, созданные в Нижнем Новгороде, способны генерировать мегаваттную мощность на длине волны 2 - 3 мм. Однако переход к генерации более коротковолнового излучения при сохранении мощности оказывается все же сильно затруднен.

Чтобы получать мощное терагерцевое излучение, специалисты ИЯФ СО РАН развивают два различающихся метода генерации, в которых используются пучки релятивистских электронов с током до нескольких десятков килоампер. В первом методе, который развит в сотрудничестве с коллегами из ИПФ РАН, генерация излучения осуществляется в вакуумных условиях с использованием резонаторов. Эксперименты этой направленности в области частоты 0.1ТГц уже проведены в ИЯФ СО РАН на установке ЭЛМИ (Электронный ленточный пучок в магнитном поле как источник излучения).

Во втором принципиально новом методе, генерация излучения базируется на физическом механизме взаимодействия пучка с плазмой. Этот метод предложен в ИЯФ и впервые реализован также здесь в экспериментах на установке ГОЛ-ПЭТ (Гофрированная Открытая Ловушка - Плазменный Эмиттер Терагерцевого излучения).

Конечная цель изучения и развития этих двух способов генерации пучков - создание мощных, но компактных относительно лазеров на свободных электронах источников терагерцевого излучения, которые были бы способны генерировать субгигаваттные мощности на высокой частоте - от 0.1 до 1 ТГц.

НЛСЭ - это масштабная установка, построенная на базе специального ускорителя в ИЯФ, он превосходит все другие источники лазерного излучения в мире в диапазоне длин волн 40-80 и 110-240 микрон. В отличие от обычных лазеров ЛСЭ могут менять длину волны и подстраиваться под резонансные частоты.

Спектр частот терагерцевого излучения расположен между инфракрасным и сверхвысокочастотным диапазонами, проникает через многие материалы, кроме металлов. В отличие от рентгеновского излучения не является ионизирующим.