從一個(gè)艾里光束產(chǎn)生一個(gè)更強(qiáng)大的太赫茲波。
想象這樣的場(chǎng)景：在一個(gè)公共場(chǎng)所發(fā)現(xiàn)了一個(gè)可疑的包裹。警方被叫了過來(lái)并清理該區(qū)域。被迫從遠(yuǎn)距離進(jìn)行工作而無(wú)法靠近里面，他們擔(dān)心最壞的情況，并決定引爆這個(gè)包裹。
羅切斯特大學(xué)的新研究可能有助于當(dāng)局在不太遙遠(yuǎn)的未來(lái)解決這種情況的時(shí)候能夠得到更好的信息，從而更安全地完成任務(wù)。通過使用一種被稱為太赫茲（THz）的能夠?qū)φ系K物后面的物體進(jìn)行檢測(cè)和/或成像的特殊類型電磁波，該團(tuán)隊(duì)表明，他們可以在遠(yuǎn)達(dá)100英尺的距離外檢測(cè)到太赫茲波。由這些研究人員創(chuàng)造的太赫茲波比傳統(tǒng)手段所產(chǎn)生的太赫茲波要強(qiáng)五倍以上，這使得他們相信，太赫茲波——以及由此產(chǎn)生的隱藏物體的圖像——未來(lái)可以在更遠(yuǎn)的距離被檢測(cè)到。
該研究項(xiàng)目由光學(xué)博士研究生Kang Liu，光學(xué)研究所主任和M. Parker Givens光學(xué)名譽(yù)教授Xi-Cheng Zhang，以及由Tzortzakis Stelios領(lǐng)導(dǎo)的希臘團(tuán)隊(duì)主持進(jìn)行。該研究結(jié)果已發(fā)表在《光學(xué)》雜志上。
“在我們的項(xiàng)目中非常規(guī)激光束的使用超出了科學(xué)的好奇心，”Zhang說(shuō)。“其使得從一個(gè)遙遠(yuǎn)的距離遠(yuǎn)程檢測(cè)化學(xué)，生物和爆炸性材料成為可能。”
太赫茲波，在電磁波譜上位于微波和紅外波段之間，可以穿透某些對(duì)于可見光來(lái)說(shuō)是不透明的固體物體，并產(chǎn)生隱藏在視野外的物體的圖像。不像傳統(tǒng)的X射線，這種波不會(huì)破壞人體組織。所有這一切，使太赫茲波成為一種適合國(guó)土安全部和其他執(zhí)法機(jī)構(gòu)使用的很有前途的工具。但在太赫茲波可以被廣泛使用之前，還需要克服一些障礙，包括如何使它們?cè)诟蟮木嚯x上更加有效。
真實(shí)的茶壺，空的茶壺，半滿的茶壺。
其中一個(gè)缺點(diǎn)是，這種波會(huì)被空氣中的水分子吸收，在距離較遠(yuǎn)的時(shí)候會(huì)被顯著減弱，使它們通常變得無(wú)效。一個(gè)解決方案是在目標(biāo)附近產(chǎn)生太赫茲波，使它們只需要穿過一個(gè)較短的距離。波的強(qiáng)度也同樣重要，正如Liu指出的，因?yàn)?ldquo;太赫茲波越強(qiáng)，它能做的工作就越多。”
他們的研究成果的關(guān)鍵是使用一個(gè)特別的異乎尋常的激光光束——被稱為環(huán)形艾里光束——來(lái)產(chǎn)生太赫茲波，其產(chǎn)生的太赫茲波的脈沖能量比用標(biāo)準(zhǔn)高斯光束產(chǎn)生的太赫茲波要強(qiáng)5.3倍。
普通光束在傳播的過程中會(huì)逐漸展開，但環(huán)形艾里光束的情況卻不一樣，其在傳播過程中會(huì)從所有點(diǎn)向中心匯聚。
為了啟動(dòng)這個(gè)過程，Liu將激光束導(dǎo)向一個(gè)空間光調(diào)制器（SLM），形成環(huán)形艾里光束。就如名稱所示的那樣，該光束是一個(gè)空心的圓形光束。隨著光束的傳播，該光束向中心匯聚而不是向外展開，從而產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)烈激發(fā)的自由電子區(qū)域——稱為等離子體。反過來(lái)，這些電子又產(chǎn)生太赫茲波，其能夠穿透附近的目標(biāo)并反射圖像或提供隱藏的物質(zhì)的重要化學(xué)信息。
“當(dāng)目標(biāo)是一個(gè)可疑的爆炸裝置時(shí)，在一個(gè)安全的距離來(lái)完成工作是非常重要的，”Liu說(shuō)。“我們相信，我們的方法可以通過提供一個(gè)遠(yuǎn)程產(chǎn)生太赫茲波的更強(qiáng)大和更靈活的方式來(lái)幫助太赫茲從超過100英尺的距離外進(jìn)行遙感。
該調(diào)制器允許研究人員改變環(huán)形艾里光束的大小和微調(diào)產(chǎn)生的等離子體的尺寸。根據(jù)Liu的展望，下一步將是操縱環(huán)形艾里光束以在更遠(yuǎn)的距離產(chǎn)生更強(qiáng)大的太赫茲波。
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