Группа ученых из МФТИ, Сколтеха и ИТМО создала инновационное оптическое устройство, которое позволяет эффективно управлять терагерцовым (ТГц) излучением, разделяя его на разные каналы. Это устройство может быть использовано в медицине, технологиях 6G и микроскопии, выступая в роли модулятора и генератора вихревых ТГц-пучков.

Статья о новом устройстве опубликована в журнале Advanced Optical Materials.

ТГц-технологии, основанные на передаче сигналов на частотах около 10¹² Гц (между микроволновым и инфракрасным диапазонами), находят все более широкое применение в современном мире. Они представляют собой перспективную область для высокоскоростной связи 6G и новых методов обследования в медицине. Ученые активно разрабатывают оптические элементы и генераторы для работы с ТГц-излучением.

Ранее физики из МФТИ и Сколтеха создали вариофокальную зонную пластинку Френеля из углеродных нанотрубок, способную фокусировать ТГц-излучение и регулировать свои свойства. В рамках нового исследования они сотрудничали с коллегами из ИТМО для создания оптического элемента, работающего в ТГц-спектре.

Мария Бурданова, старший научный сотрудник МФТИ, отмечает: «Наша команда выиграла конкурс ‹Клевер› и решила создать спиральную зонную пластинку. В ИТМО были проведены расчеты, в Сколтехе синтезированы наноматериалы, а мы в МФТИ провели эксперименты, подтвердив, что устройство работает».

Новый оптический элемент представляет собой спиральную зонную пластинку из углеродных нанотрубок, способную закручивать волновой фронт ТГц-пучка. В эксперименте ученые наблюдали, как изменялось распределение интенсивности излучения при вращении пластинок относительно друг друга.

Для проверки свойств пластинок физики использовали метод ТГц-визуализации. По картине интенсивности излучения ученые определили, что пластинка способна формировать закрученный пучок с ТГц-излучением и распределять его интенсивность. Полученный модулятор может быть применен в ТГц-микроскопии и биомедицине, где требуется точная фокусировка и управление положением излучения. Дмитрий Красников из Сколтеха подчеркивает, что углеродные нанотрубки обладают уникальными свойствами, позволяющими создавать многофункциональные устройства с тонкой настройкой характеристик.

Мария Бурданова добавила:«Проект „Клевер“ у нас продолжен на этот год. Мы планируем изготовить адаптивное вариофокальное устройство терагерцового диапазона на основе таких же спиральных зонных пластин, но с возможностью манипуляций. А относительно использования текущего устройства мы хотим подать патент».

В 2023 году МФТИ, Университет ИТМО и Сколтех запустили программу «Клевер»: Совместные научно-исследовательские проекты МФТИ, ИТМО и Сколтеха в области фотоники. Программа «Клевер» нацелена на развитие кооперации между тремя сильнейшими университетами в области фотоники. Задача программы — оказать поддержку ученым (от студентов до постдоков) в начале их научной карьеры, привлекая их к участию во фронтирных научно-исследовательских проектах и поощряя мобильность между высококлассными научными группами. Долгосрочная цель — создание в России крупномасштабных программ в области фотоники и смежных научных областях. Конкурс собрал сильнейших исследователей, работающих в области биофотоники, перспективных фотонных материалов, топологической фотоники, оптических компьютеров, а также лазерной физики и технологий.