從一個艾里光束產生一個更強大的太赫茲波。
想象這樣的場景：在一個公共場所發(fā)現了一個可疑的包裹。警方被叫了過來并清理該區(qū)域。被迫從遠距離進行工作而無法靠近里面，他們擔心最壞的情況，并決定引爆這個包裹。
羅切斯特大學的新研究可能有助于當局在不太遙遠的未來解決這種情況的時候能夠得到更好的信息，從而更安全地完成任務。通過使用一種被稱為太赫茲（THz）的能夠對障礙物后面的物體進行檢測和/或成像的特殊類型電磁波，該團隊表明，他們可以在遠達100英尺的距離外檢測到太赫茲波。由這些研究人員創(chuàng)造的太赫茲波比傳統手段所產生的太赫茲波要強五倍以上，這使得他們相信，太赫茲波——以及由此產生的隱藏物體的圖像——未來可以在更遠的距離被檢測到。
該研究項目由光學博士研究生Kang Liu，光學研究所主任和M. Parker Givens光學名譽教授Xi-Cheng Zhang，以及由Tzortzakis Stelios領導的希臘團隊主持進行。該研究結果已發(fā)表在《光學》雜志上。
“在我們的項目中非常規(guī)激光束的使用超出了科學的好奇心，”Zhang說。“其使得從一個遙遠的距離遠程檢測化學，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，可以穿透某些對于可見光來說是不透明的固體物體，并產生隱藏在視野外的物體的圖像。不像傳統的X射線，這種波不會破壞人體組織。所有這一切，使太赫茲波成為一種適合國土安全部和其他執(zhí)法機構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，包括如何使它們在更大的距離上更加有效。
真實的茶壺，空的茶壺，半滿的茶壺。
其中一個缺點是，這種波會被空氣中的水分子吸收，在距離較遠的時候會被顯著減弱，使它們通常變得無效。一個解決方案是在目標附近產生太赫茲波，使它們只需要穿過一個較短的距離。波的強度也同樣重要，正如Liu指出的，因為“太赫茲波越強，它能做的工作就越多。”
他們的研究成果的關鍵是使用一個特別的異乎尋常的激光光束——被稱為環(huán)形艾里光束——來產生太赫茲波，其產生的太赫茲波的脈沖能量比用標準高斯光束產生的太赫茲波要強5.3倍。
普通光束在傳播的過程中會逐漸展開，但環(huán)形艾里光束的情況卻不一樣，其在傳播過程中會從所有點向中心匯聚。
為了啟動這個過程，Liu將激光束導向一個空間光調制器（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，從而產生一個強烈激發(fā)的自由電子區(qū)域——稱為等離子體。反過來，這些電子又產生太赫茲波，其能夠穿透附近的目標并反射圖像或提供隱藏的物質的重要化學信息。
“當目標是一個可疑的爆炸裝置時，在一個安全的距離來完成工作是非常重要的，”Liu說。“我們相信，我們的方法可以通過提供一個遠程產生太赫茲波的更強大和更靈活的方式來幫助太赫茲從超過100英尺的距離外進行遙感。
該調制器允許研究人員改變環(huán)形艾里光束的大小和微調產生的等離子體的尺寸。根據Liu的展望，下一步將是操縱環(huán)形艾里光束以在更遠的距離產生更強大的太赫茲波。
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