Физики из Нью-Йоркского Института оптики обнаружили, что жидкая вода может излучать в терагерцовом диапазоне. Это удивительно, учитывая, что практически все излучение в терагерцовой области вода поглощает, и раньше считалось, что использовать ее в качестве источника такого излучения невозможно. Работа опубликована в Applied Physics Letters.

Терагерцовое излучение — вид электромагнитного излучения с длиной волны от 0,1 до 1 мм. Это достаточно длинноволновое излучение, в электромагнитном спектре находящееся между инфракрасным и микроволновым диапазонами. В качестве источников мощного терагерцового излучения используются ускорители, гиротроны и мощные лазеры. Маломощное терагерцовое излучение можно получить с помощью электрооптического эффекта, возбуждая потенциальный источник фемтосекундными лазерами. В этом случае источниками излучения обычно являются твердые тела, плазма и даже водяной пар. Использование же практически всех жидкостей, включая воду, считалось невозможным из-за того, что они практически полностью поглощают излучение в этом диапазоне.

В своем новом исследовании физикам удалось решить эту проблему и собрать установку, в которой они смогли зарегистрировать излучение воды в терагерцовом диапазоне. Для того, чтобы избежать поглощения возбужденного излучения самой водой, в качестве источника использовалась стекающая токая пленка воды толщиной толщиной 177 микрон. Для возбуждения излучения ученые использовали фемтосекундный лазер, сфокусированный на пленку воды.

Схема экспериментальной установки для возбуждения и регистрации терагерцового излучения воды. Qi Jin et al./ Applied Physics Letters, 2017

Зарегистрированные терагерцовые волны имели частоту от 0,1 до 3 ТГц. Оказалось, что по своим свойствам излучение воды довольно заметно отличается о того, которое возбуждается, например, в воздушной плазме. Во-первых, оно не является монохроматическим. Во-вторых, параметры возбуждаемого терагерцового поля довольно сильно зависят от параметров возбуждающего излучения: поляризация возбужденных волн напрямую связана с поляризацией возбуждающего облучения, а энергия терагерцового поля увеличивается с продолжительностью воздействия лазера и линейно зависит от энергии возбуждающего лазерного пучка. По утверждению ученых, эти свойства не могут быть описаны в рамках известного механизма возбуждения терагерцового излучения, что послужит толчком к дальнейшему исследованию жидких источников терагерцового и инфракрасного излучения.

Ученые говорят, что пока рано говорить о перспективах создания устройств с использованием терагерцовых источников на основе жидкостей, однако если раньше инженеры старались избегать использования воды в подобных устройствах, то теперь появились основания считать ее перспективным материалом для использования в качестве источника излучения.

Если ученым удастся создать источник терагерцового излучения на основе воды, это поможет упростить и уменьшить устройства, которые потом могут быть использованы как в научных целях: например, для спетроскопиии или исследования космоса, — так и в повседневной жизни: например, для сканирования багажа или оценки механической прочности несущих конструкций и даже для определения пола эмбрионов цыплят.

Автор: Александр Дубов