ИСТИНА

Проект посвящен исследованию новых схем и расширению актуальных областей применения спектроскопии излучения терагерцового диапазона частот. Будут развиты подходы к решению задач идентификации веществ, приготовленных в произвольной форме поликристаллических порошков, исследованы и конкретизированы условия, при которых возможно распознавание состава смесей по данным спектроскопии терагерцового диапазона частот. Будет проведен анализ влияния эффектов рассеяния на пространственных неоднородностях объекта и разработана процедура определения собственных резонансных линий поглощения по результатам измерения в схеме импульсной терагерцовой спектроскопии смесей гранул искомого вещества и посторонних наполнителей. В ходе выполнения проекта будет разработана компактная схема импульсной терагерцовой спектроскопии нового типа, функционирующая на основе накачки от малогабаритного фемтосекундного волоконного лазера с длиной волны генерации 1.56 мкм, попадающей в первый телекоммуникационный диапазон. Смена типа лазерной накачки (по сравнению с традиционно используемыми мощными лазерными системами с длиной волны генерации в области 800 нм) позволит существенно снизить размеры терагерцового спектрометра и обеспечить в дальнейшем возможность проведения исследований во внелабораторных устройствах. Будет проведено исследование схем генерации и детектирования терагерцового излучения, направленное на расширение спектра и увеличение динамического диапазона спектрометра данного типа. Будут развиты новые подходы к электро-оптическому детектированию терагерцовых импульсов, основанные на использовании неколлинеарных нелинейно-оптических взаимодействий. Будут также разработаны методики и измерены дисперсионные характеристики актуальных нелинейно-оптических кристаллов, перспективных для генерации и детектирования волн в терагерцовом диапазоне частот. В частности, будут определены спектральные зависимости действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости, показателей преломления и коэффициентов поглощения для волн различных поляризаций в кристаллах ниобата лития с различной концентрацией примеси магния. Будет исследовано влияние примеси магния, а также наличия поляронных образований на дисперсионные параметры конгруэнтных кристаллов ниобата лития в терагерцовом диапазоне нижней поляритонной ветви. Будет проведено прямое сравнение дисперсионных зависимостей, полученных на основании обработки временных спектров пропускания в установке по когерентной импульсной спектроскопии, и определенных по частотно-угловым спектрам параметрического рассеяния света.

1. Будет разработана компактная схема импульсной терагерцовой спектроскопии нового типа. В отличие от наиболее известных схем, базирующихся на мощных титан-сапфировых лазерных системах с длиной волны в районе 800 мкм, данная схема будет функционировать на основе накачки от малогабаритного фемтосекундного волоконного лазера с длиной волны генерации 1.56 мкм, попадающей в первый телекоммуникационный диапазон. Смена типа лазерной накачки позволит существенно снизить размеры терагерцового спектрометра, а также проводить в дальнейшем исследования спектров во внелабораторных устройствах. В отличие от других ранее предложенных схем на основе накачки 1.56 мкм и фотопроводящих антенн, разрабатываемый в проекте спектрометр будет иметь более широкий спектральный диапазон благодаря применению новых оригинальных систем генерации и детектирования терагерцового излучения в нелинейно-оптических кристаллах. 2. Будет развита методика и измерены дисперсионные характеристики нелинейно-оптических кристаллов, применяемых для генерации и детектирования волн в терагерцовом диапазоне частот. В частности, будут определены спектральные зависимости действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости, показателей преломления и коэффициентов поглощения для волн различных поляризаций в кристаллах ниобата лития с различной концентрацией примеси магния. Будет исследовано влияние примеси магния, а также наличия поляронных образований на дисперсионные параметры конгруэнтных кристаллов ниобата лития в терагерцовом диапазоне нижней поляритонной ветви. Впервые будет проведено прямое сравнение дисперсионных зависимостей, полученных на основании обработки временных спектров пропускания в установке по когерентной импульсной TDS спектроскопии, и в установке по измерению частотно-угловых спектров спонтанного параметрического рассеяния света. 3. Будет разработана процедура определения собственных резонансных линий поглощения по результатам измерения в схеме импульсной терагерцовой спектроскопии пропускания гранулированных веществ, в составе смесей гранул искомого вещества и посторонних наполнителей. Этот результат должен стать новым шагом на пути решения задач диагностики и идентификации веществ, приготовленных не только в простейшем виде специально спрессованных таблеток с полиэтиленовым наполнителем, как это делается в настоящее время в стандартных приложениях TDS установок, а и в более частых на практике формах - в частности, в виде порошков с произвольным посторонним наполнителем.

Исследования в области генерации, детектирования и спектроскопии терагерцовых волн ведутся в коллективе сотрудников МГУ с 2004 года, начиная с 2009 года - в содружестве с участниками проекта из МГТУ МИРЭА. Опубликованы результаты диагностики терагерцового отклика кристаллов с периодически поляризованной структурой, наведенной как непосредственно в процессе роста, так и методикой послеростовой переполяризации кристалла в электрическом поле. При этом был развит метод фемтосекундной накачки – зондирования, применявшийся для характеризации спектров терагерцового отклика кристаллов в прямом и встречном направлениях. Развита теория нелинейно-оптических процессов преобразования частоты в периодически и апериодически поляризованных кристаллах, приводящих к генерации и детектированию терагерцовых волн под действием импульсной и непрерывной накачки, рассмотрены перспективы использования апериодически поляризованных сред. Предложены и впервые экспериментально реализованы оптические схемы генерации терагерцового излучения методом оптического выпрямления широкополосных лазерных импульсов наносекундной длительности и нелинейно-оптического детектирования. Разработана новая схема электрооптического сканирования импульсного терагерцового излучения и впервые в мире осуществлено квазисинхронное детектирование терагерцовых волн. Сформулирована идея и начаты исследования нового метода измерения спектральной яркости терагерцового излучения, основанного на использовании тепловых и квантовых флуктуаций поля в качестве репера при параметрическом преобразовании частоты. Методы широкополосной терагерцовой спектроскопии TDS исследовались применительно к решению задач обнаружения опасных и взрывчатых веществ, был предложен новый подход, основанный на узкополосной TDS спектроскопии.