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液态水可以产生太赫兹波
发布时间:2017-09-07 21:21:20 阅读:451

来源:phys.org;电子科技大学太赫兹研究中心 四川太赫兹应用研究联合课题组 李征 编译

通过将激光束聚焦到自由流动的水薄膜上产生太赫兹波的实验装置。
Credit: Jin et al. ©2017 American Institute of Physics

    通过用超短激光脉冲照射一层薄薄的水薄膜,物理学家已经证明,液态水可以产生太赫兹 (THz) 波,这将为太赫兹波在如无线数据传输,工业质量控制和具有穿透能力的高分辨率成像等领域的应用提供了又一种可能。

    由纽约罗切斯特大学光学研究所,北京首都师范大学,以及俄罗斯圣彼得堡国立信息技术机械与光学大学组成的联合研究团队,已在最新出版的《应用物理快报》(Applied Physics Letters)上发表了关于水产生太赫兹波的文章。

    结果是令人惊讶的,因为水在太赫兹频谱范围内是光的强烈吸收源,所以在很长一段时间,液态水作为 THz 辐射源似乎是不太可能的。研究人员之前的研究表明,水可以发射其他的频率包括白色的光和水蒸气可以发出太赫兹波。在新的研究中,科学家们展示让液态水产生太赫兹波的关键在于使用非常薄(小于200μm)的可自由流动的水薄膜。

    “虽然对于我们现在的工作,谈它的任何工业或商业应用还为时过早,但我认为它提供了该技术的最后一个难题”。张告诉Phys.org,“此前,固体、 气体和等离子体已经用来产生太赫兹波,而不是液体。现在有了液体,特别是水,四种状态的物质就都能被用作太赫兹源。”

    在实验中,研究人员将飞秒激光脉冲 (其持续时间大约1皮秒或10-12秒)聚焦在水薄膜内。激光脉冲在水膜内产生等离子体,电离水分子同时产生了自由电子,最终辐射太赫兹波。

    先前的研究表明,可以由其他几个来源包括空气等离子体产生太赫兹波。然而,科学家们在新的研究中发现,与空气等离子体产生太赫兹辐射相比,水辐射出的太赫兹波展现出非常不同的特点。如,越长的激光脉冲时间导致由水产生的太赫兹辐射能量越高,但空气等离子体结果恰恰相反,更短的脉冲增加 了THz 辐射。科学家还发现,当光激励偏离正常的入射角度时,水产生的太赫兹辐射的强度取决于激光束的极化,而空气等离子体产生的太赫兹辐射则与极化无关。

    研究人员表示这些观测结果还不能完全用物理学家们当前关于太赫兹波产生机理来解释。他们期望进一步观测激光与水间的相互作用,将会带来对物理现象更深的理解,并拓展新的应用

    “在我们的人体内和地球上,水是最重要的元素”,张说,“利用水产生太赫兹电磁波是了解水在此频段内作用的一步。以前,我们试图在大多数太赫兹应用中避免使用水。现在我们可能会用水产生高强度太赫兹波”。

 
 

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