Le radiazioni Terahertz vengono utilizzate per i controlli di sicurezza negli aeroporti, per esami medici e anche per controlli di qualità nell'industria. Però, la radiazione nell'intervallo dei terahertz è estremamente difficile da generare. Scienziati della TU Wien in stretta collaborazione con i colleghi dell'Istituto di struttura elettronica e laser (IESL), Foundation for Research and Technology - Hellas (FORTH) di Heraklion e la Texas A&M University in Qatar sono ora riuscite a sviluppare una sorgente di radiazioni terahertz che batte diversi record:è estremamente efficiente, e il suo spettro è molto ampio:genera lunghezze d'onda diverse dall'intera gamma di terahertz. La ricerca è stata ispirata dalla teoria sviluppata nella Texas A&M University, prevedendo che con impulsi laser a lunga lunghezza d'onda si potrebbe ottenere una generazione di THz estremamente efficiente nel plasma d'aria. Questo apre la possibilità di creare brevi impulsi di radiazione con intensità di radiazione estremamente elevata. La nuova tecnologia terahertz è stata ora presentata sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

Il "divario terahertz" tra laser e antenne

"La radiazione terahertz ha proprietà molto utili, " afferma Claudia Gollner dell'Istituto di fotonica della TU Wien. "Può facilmente penetrare in molti materiali, ma a differenza dei raggi X, è innocuo perché non è radiazioni ionizzanti."

Dal punto di vista tecnico, però, La radiazione terahertz si trova in una regione di frequenza a cui è molto difficile accedere, in una sorta di terra di nessuno tra due aree ben note:le radiazioni con frequenze più elevate possono essere generate da normali laser a stato solido. Radiazione a bassa frequenza, d'altra parte, come viene utilizzato nelle comunicazioni mobili, viene emesso dalle antenne. Le sfide più grandi stanno proprio nel mezzo, nella gamma dei terahertz.

Nei laboratori laser di TU Wien, è quindi necessario compiere un grande sforzo per generare gli impulsi di radiazione terahertz ad alta intensità desiderati. "Il nostro punto di partenza è la radiazione di un sistema laser a infrarossi. È stato sviluppato presso il nostro Istituto ed è unico al mondo, " dice Claudia Gollner. Primo, la luce laser viene inviata attraverso un cosiddetto mezzo non lineare. In questo materiale, la radiazione infrarossa viene modificata, una parte di essa viene convertita in radiazione con frequenza doppia.

"Quindi ora abbiamo due diversi tipi di radiazione infrarossa. Questi due tipi di radiazione vengono quindi sovrapposti. Questo crea un'onda con un campo elettrico con una forma asimmetrica molto specifica, "dice Gollner.

Trasformare l'aria in plasma

Questa onda elettromagnetica è abbastanza intensa da strappare gli elettroni dalle molecole nell'aria. L'aria si trasforma in un plasma incandescente. Quindi, la forma speciale del campo elettrico dell'onda accelera gli elettroni in modo tale da produrre la radiazione terahertz desiderata.

"Il nostro metodo è estremamente efficiente:il 2,3% dell'energia fornita viene convertita in radiazione terahertz, ovvero ordini di grandezza in più rispetto a quelli ottenibili con altri metodi. Ciò si traduce in energie THz eccezionalmente elevate di quasi 200 µJ, " afferma Claudia Gollner. Un altro importante vantaggio del nuovo metodo è che viene generato uno spettro molto ampio di radiazioni terahertz. Vengono emesse simultaneamente lunghezze d'onda molto diverse in tutta la gamma di terahertz. Ciò produce brevi impulsi di radiazione estremamente intensi. Maggiore è lo spettro di diversi terahertz. lunghezze d'onda, gli impulsi più brevi e più intensi possono essere generati.

Numerose possibili applicazioni

"Ciò significa che per la prima volta è disponibile una sorgente terahertz per radiazioni di intensità estremamente elevata, "dice Andrius Baltuska, capo del gruppo di ricerca della Vienna University of Technology. "Gli esperimenti iniziali con cristalli di zinco-tellururo mostrano già che la radiazione terahertz è eccellente per rispondere a importanti domande della scienza dei materiali in un modo completamente nuovo. Siamo convinti che questo metodo abbia un grande futuro".