Лазерный мир

Пандемия и связанный с ней режим самоизоляции помешала многим планам ученых: перенесены конференции, отложены публикации некоторых статей. Однако научная жизнь продолжается: в частности, сотрудники Университета ИТМО смогли на дому сделать терагерцовый голографический спектрометр, необходимый им для изучения вихревых пучков электромагнитного излучения. Эти исследования проводятся для разработки новых эффективных технологий беспроводной передачи информации. Корреспондент ITMO.NEWS связался с создателями измерительного прибора и узнал, как шла работа.

Не секрет, что для работы физиков-экспериментаторов необходимо множество дорогих и сложных приборов. При этом чем ближе область исследования к передовому краю науки, тем труднее найти подходящие устройства ― подчас для проведения эксперимента группе ученых приходится сначала самим разрабатывать или дорабатывать прибор, необходимый для его проведения.

Не так давно такая задача встала перед сотрудниками лаборатории цифровой и изобразительной голографии Университета ИТМО. Уже несколько лет ученые работают над изучением сверхширокополосных терагерцовых пучков электромагнитного излучения. Предполагается, что эти пучки помогут в создании новых революционно быстрых каналов беспроводной связи, намного превосходящих привычный нам Wi-Fi.

«Мы работаем в рамках проекта РНФ по созданию помехоустойчивой беспроводной передачи информации, ― рассказывает участник исследований Николай Балбекин. ― Суть заключается в передаче данных с помощью пучков терагерцового излучения определенной структуры».

Однако перед тем, как пытаться что-то передать с помощью терагерцового излучения, ученым необходимо проверить разные виды пучков, чтобы найти такой, который бы наилучшим образом переносил информацию и при этом не рассеивался бы в воздухе. Чтобы провести такие опыты, ученым нужен специальный спектрометр, который мог бы «видеть» возмущение электромагнитного поля в терагерцовом излучении.

Сердцем новой установки должен был стать специально выращенный по заказу Университета ИТМО электрооптический кристалл, который выступал бы в роли детектора. Кристалл под воздействием терагерцового излучения изменяет свои оптические свойства, что измеряется сверхкоротким лазерным импульсом. Чем сильнее терагерцовый сигнал, тем большее изменение интенсивности лазерного излучения фиксируется видеокамерой.

Установка должна была проводить каждое измерение за разумное время вместо привычных 40 часов, в ней предполагалось использовать много уникальных деталей, которые нужно было распечатать на 3D-принтере. На разработку концепции, создание чертежей, изменения понадобилось около года. И тут, когда работа над воплощением концепта «в железе» вошла в активную фазу, в Россию пришел новый коронавирус COVID-19, который отправил ученых на самоизоляцию.

От модели к эксперименту

Так или иначе, устройство было готово. Следующий шаг ― проверка его в деле. Здесь уже было не обойтись без выхода из дома, ведь для эксперимента мощную фемтосекундную лазерную систему в квартиру не привезешь. Ученым пришлось обзавестись дополнительной защитой ― не только традиционными в лаборатории очками и халатами, но также масками и перчатками, необходимыми в условиях пандемии.

Эксперименты удалось провести всего за неделю. Результат обнадежил: было подтверждено, что голографический спектрометр позволяет записывать полное распределение терагерцового излучения в объеме 16×16×30 мм всего за 10 минут. При этом, отмечают создатели, этот показатель ― еще не предел.

Теперь ученым предстоят новые эксперименты в рамках работы над линиями сверхскоростной беспроводной передачи данных. Впереди работы по пространственной фильтрации фемтосекундного лазерного пучка для получения кристально чистого изображения с высоким разрешением в терагерцовом диапазоне, а также множество других экспериментов по формированию терагерцовых вихревых пучков и изучению их полета в пространстве.

Источник: https://news.itmo.ru/ru/science/photonics/news/9422/