Задачи и достижения группы терагерцовой (ТГц) спектроскопии

Задачи, решаемые коллективом группы:

  • Разработка эффективных методов преобразования объёмного ТГц излучения в ППП;
  • Разработка способов пространственного разнесения ТГц ППП и паразитных объёмных волн, формируемых источником излучения на элементе преобразования;
  • Разработка способов управления пучком монохроматических ТГц ППП;
  • Разработка устройств для промера распределения поля ТГц ППП над их треком;
  • Исследование механизмов затухания ТГц ППП на плоской и искривлённой направляющей поверхности;
  • Разработка способов определения вещественной части показателя преломления ТГц ППП, т.е. – их фазовой скорости;
  • Исследование зависимости характеристик ТГц ППП от частоты излучения;
  • Изучение явление трансформации ТГц ППП в объёмное излучение на прямоугольном ребре направляющей их поверхности;
  • Исследование способности ТГц ППП преодолевать воздушные зазоры между направляющими их плоскогранными подложками;
  • Изучение зависимости дисперсии радиационных потерь ТГц ППП от частоты и величины неоднородностей поверхности;
  • Разработка конструкций плазмонных спектрометров абсорбционного типа для исследования тонкослойных объектов в ТГц диапазоне;
  • Разработка конструкций плазмонных интерферометров ТГц диапазона динамического и статического типа;
  • Разработка метода дисперсионной плазмонной спектроскопии ТГц диапазона;
  • Исследование возможности генерации и распространения монохроматических ТГц ППП по проводникам цилиндрической формы (проводам);
  • Изучение явления генерации ТГц фононами кристаллической решётки проводящей подложки на её плоской поверхности.

 

                      Основные результаты:

                      За время функционирования группы (2004 – 2015 г.г.) достигнуты следующие результаты:

                      • Разработано несколько способов генерации ТГц ППП монохроматическим излучением источника:
                      1. метод дифракции сфокусированного излучения на крае экрана, размещённого у направляющей поверхности в пределах поля ТГц ППП в окружающей среде [Nuclear Instruments and Methods in Physics Research (A), 2005, v.543, No.1, p.96-101; Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2005, №5, с.57-63];
                      2. волноводный метод, предусматривающий предварительное преобразование излучения источника в ТМ-моду полого металлического волновода, которую затем преобразуют в ТГц ППП путём её дифракции на кромке волновода, сопряжённой с поверхностью образца [J. Optical Society of America (B), 2013, v.30, Is.8, p.2182-2190; Научный Вестник НГТУ, 2012, №4, с.63-71];
                      3. метод НПВО [Оптический журнал, 2010, т.77, №8, с.3-7; Патент РФ на изобретение №2411467. Бюл. №4 от 10.02.2011 г.];
                      4. торцовый метод, включающий фокусирование излучения источника на ребре поверхности, направляющей ППП, и преобразование его в ППП в результате дифракции излучения на этом ребре. Причём, элемент преобразования выполняют в виде части цилиндра, искривлённая поверхность которого способна направлять ППП и сопряжена противоположным ребром с поверхностью образца [B.A. Knyazev, V.V. Gerasimov, I.A. Kotelnikov, A.K. Nikitin. Surface plasmon polariton studies in the terahertz range: a state of the art review // Book of abstracts of the Intern. Conference “Advanced Laser Technologies”, 6-10 Oct., 2014, Cassis, France. – p.123] .2
                      • Разработана методика промера поля ТГц ППП над треком, предполагающая использование подвижного элемента преобразования ППП в объёмное излучение, регистрируемое приёмником [Известия РАН. Серия физическая, 2013, т.77, № 9, с.1333-1336];
                      • Исследована зависимость длины распространения ТГц ППП L от толщины диэлектрического покрытия. Установлено, что по изменению L можно определить толщину покровного слоя с точностью до l/1000 [Оптика и спектроскопия, 2006, Т.100, №5, с.798-802; Infrared Physics & Technologies, 2006, v.49, No.1-2, p.108-112];
                      • Предложен способ определения диэлектрической проницаемости реальной поверхности металла по характеристикам ТГц ППП (длине распространения и глубине проникновения поля в окружающую среду) [Патент РФ на изобретение №2263923. – Бюл. №31 от 10.XI.2005 г.; Proc. SPIE, 2006, v.6162, Art. 61620C; Applied Physics Letters, 2011, v.98, No.17,171912];
                      • Обнаружен факт неожиданно большого затухания ТГц ППП, которое превышает расчётное (по модели Друде) на одни-два порядка (вместо метров – сантиметры). Выдвинуто предположение, что данное явление может быть обусловлено большими радиационными потерями ТГц ППП на неоднородностях поверхности [Optics and Spectroscopy, 2006, v.100(5), p.734-738; JOSA (B), 2013, v.30, Is.8, p.2182-2190; Патент РФ на изобретение №2512659, Бюл. №1 от 10.01.2014 г.; Proc. 40-th Intern. Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, Hong Cong, 23-28 Aug. 2015, Talk M1C4 – 3133427];
                      • Разработан способ отклонения пучка ТГц ППП с помощью геодезической призмы конусной формы, ось которой ориентирована параллельно поверхности образца. Предложена конструкция делителя пучка ТГц ППП, функционирующая на основе выше упомянутого геодезического дефлектора [Nuclear Instruments and Methods in Physics Research (A), 2009, V.603, No.1/2, p.52-55; Патент РФ на изобретение №2352969. – Бюл. №11 от 20.04.2009 г.; Патент РФ на изобретение №2547164, Бюл. №10 от 10.04.2015 г.];
                      • Исследовано явление дифракции ТГц ППП на прямоугольном ребре направляющей поверхности. Установлено, что при такой дифракции формируется узконаправленное объёмное излучение, максимум диаграммы направленности которого наклонён на небольшой угол к поверхности и величина которого обратно пропорциональна толщине покровного слоя диэлектрика [Вестник НГУ (Физика), 2013, т.8, Вып.1, с.6-15; Phys. Rev. (A), 2013, v.87, 023828; JOSA (B), 2013, v.30, Is.8, p.2182-2190; Abstracts of the 6-th Intern. Conference on Surface Plasmon Photonics, 26-31 May, 2013. Ottawa, Canada. – p.310];
                      • Исследована способность ТГц ППП преодолевать воздушные зазоры между направляющими их подложками. Установлено, что ТГц ППП могут преодолевать зазоры величиной до ~1000l с эффективностью, достигающей 10%. Предложено использовать данное явление для создания лучеразделителей пучков ТГц ППП, а также – для мультиплексирования плазмонных каналов связи [Патент РФ на изобретение №2526888, Бюл. №24 от 27.08.2014 г.; 39th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2014) September 14-19th, The University of Arizona, Tucson, USA; Optics Express, 2016 (in press, Manuscript ID: 251102)];
                      • Разработана теоретическая основа метода дисперсионной ТГц ППП фурье-спектроскопии с использованием широкополосных источников излучения. Предложены две версии метода: статический (на основе ППП-интерферометров с несимметричными плечами) и динамический (с периодически изменяющемся одним из плеч интерферометра) [Известия РАН. Сер. физ., 2009, Т.73, №4, c.562-565; Оптика и спектроскопия, 2012, т.112, №4, с.597-602; Nikitin A.K., Kiryanov A.P., Knyazev B.А. Principles of terahertz surface plasmon-polariton spectroscopy // Germany, LAMBERT Academic Publishing (ISBN: 978-3-8465-8738-6), 2012. – 64 p.; Патент РФ на изобретение №2477842, Бюл. №8 от 20.03.2013 г.];
                      • Разработана аналитическая модель спектра излучения термостимулированных ППП (ТППП) инфракрасного диапазона (включая терагерцовый). Установлено, что спектр ТППП смещён в длинноволновую область по сравнению со спектром АЧТ и подчиняется закону Вина, но с отличной (от классической) постоянной; кроме того, полная энергия, сообщаемая фононами ТППП, пропорциональна кубу температуры, а не её четвёртой степени (как в случае АЧТ) [Материалы всеросс. конф. “Информационно-телекоммуникационные технологии и математическое моделирование высокотехнологичных систем”, М: РУДН, 20-24 апреля 2015 г.(ISBN 978-5-209-06416-9) – с.317-319; Хасанов И.Ш., Никитин А.К., Та Тху Чанг. Сравнение спектров абсолютно чёрного тела и термостимулированных поверхностных плазмон-поляритонов в инфракрасном диапазоне // Физика твёрдого тела, 2016 (в печати)];
                      • Создан диагностический комплекс для исследования проводящей поверхности  и её переходного слоя по характеристикам ТГц ППП, генерируемых излучением лазера на свободных электронах [Патент РФ на изобретение №2477841, Бюл. №8 от 20.03.2013 г.; Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2013, v.77, No.9, p.1167-1170].
                      © НТЦ УП РАН, 2008-2017