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随机系统中的太赫兹时空波合成
发布时间:2024-03-28 21:50:54 阅读:197

来源:(英国)拉夫堡大学;电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 王镜惠 编译

    一个研究小组开发了一种新技术,可以在太赫兹波穿过无序材料时对其进行精确的时空控制。

    该方法发表在ACS Photonics上,可能会导致医学成像、通信和其他依赖宽带太赫兹脉冲的应用的进步。这项研究是作为欧盟ERC项目TIMING的一部分进行的,该团队包括拉夫堡新兴光子学研究中心的成员,并与埃克塞特大学的Jacopo Bertolotti教授合作。

    在光学领域,传统观点长期以来一直认为无序系统就像透过磨砂玻璃看东西一样,是对清晰度的限制。就像雾,一种无序分布的水粒子,散射光线并模糊我们的视线一样,这些材料以不可预测的方式散射光线。但这项新的研究表明,我们可以利用这种散射来发挥我们的优势。

    一种更现代的方法将这些对象描述为“复杂媒体”,揭示了一种截然不同的叙述。关键在于理解,虽然信息在这些系统中确实是混乱的,但它并不是不可挽回的丢失,而且这种混乱可以用来操纵光本身。

    太赫兹波是一种波长介于微波和红外光之间的电磁辐射。它们代表了电子学和光子学之间的桥梁,这使得它们非常难以产生、检测和操纵。然而,它们备受追捧和独特,因为太赫兹波可以穿透衣服、纸张和塑料等材料,提供清晰的图像,而不会受到X射线的电离损伤,并且它们可以携带非常高性能的通信链路。

    然而,太赫兹波在通过复杂结构(如一些生物组织或技术结构)传播时会发生扭曲。事实上,通过复杂媒介成像是一种挑战,也是一种机遇。

    在这项研究中,研究人员使用了一种特殊的超快激光,以其极短的脉冲而闻名,以创建太赫兹脉冲模式(持续时间为几皮秒)。

    当这些图案与复杂的散射材料相互作用时,研究人员通过采用专门设计的遗传算法来操纵激光的照明,该算法模拟自然进化过程来解决复杂问题。

    结果,他们控制了太赫兹波在空间中的分布方式,并在材料之后随时间演变。在某种程度上,这种程度的控制重组了被散射扰乱的波的碎片,以一种具有所需图案和颜色的新形式。

    “值得注意的是,复杂的介质作为复杂的设备运行,以本领域无法达到的方式操纵太赫兹波,但它们实际上是非常容易获得的粒子随机组装,”该研究的首席研究员Vittorio Cecconi博士说。他继续说道:“这为在成像和传感应用中利用太赫兹波开辟了新的可能性,在这些应用中散射是一个问题。”

    虽然这种方法具有多学科的分支,但在太赫兹,它是通过可用的方法来测量太赫兹电场的时间演变来实现的,其方式类似于示波器的功能。然而,在光子学中,这是非常罕见的,因为电场(在电磁波中振荡的量)通常对于光是不可测量的,其中通过光电检测器通常获得的量是强度。

    这种特殊的差异使一种称为非线性鬼影成像设计的方法能够获得波的时空信息以及它们与光学材料相互作用的方式。

    Cecconi博士说:“非线性鬼影成像和复杂介质之间的协同作用使这项研究成为可能,并开启了几个潜在的先进应用,如太赫兹计算。”

    该中心主任兼ERC项目TIMING的首席研究员Peccianti教授强调了该中心的使命,他说:“在新兴光子学研究中心,我们的核心精神是探索超快光子学和复杂性之间的交叉点。在这里,光超越了其单纯照明的传统角色,发展成为一种能够即时捕获和处理大量信息的强大工具,这标志着一种新的技术创新的路线。”

 
 

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