La ricerca e lo sviluppo di sorgenti terahertz (THz) efficienti è uno dei principali obiettivi scientifici del 21° secolo. La regione THz dello spettro elettromagnetico è composta da frequenze luminose comprese tra le bande degli infrarossi e delle microonde e rappresenta una delle ultime regioni della luce scarsamente esplorate:non ci sono molte fonti e rilevatori forti ed efficienti attualmente disponibili per la gamma di frequenze THz .

I recenti sforzi per produrre sorgenti THz comportano l’uso di impianti laser su larga scala che utilizzano laser a impulsi ultracorti in grado di fornire all’incirca la quantità di energia consumata da un trilione di lampadine da 1 W nell’arco di un quadrilionesimo di secondo. L'intensità al centro di questi laser è abbastanza forte da strappare gli elettroni dai materiali (la materia viene trasformata in plasma), portando alla generazione di luce attraverso l'intero spettro elettromagnetico.

Sfortunatamente, per produrre frequenze THz più forti con questo metodo, l’attuale tecnologia laser consente solo di sparare pochi “colpi” nell’arco di diversi minuti o ore. Ciò significa che per misurare e caratterizzare adeguatamente le sorgenti THz, è necessario sviluppare un metodo di rilevamento in grado di caratterizzare completamente la radiazione prodotta all'interno di un singolo colpo.

I ricercatori guidati dal Prof. X.-C. Zhang dell'Institute of Optics, Università di Rochester a New York, negli Stati Uniti, hanno ampliato un metodo per rilevare il campo elettrico THz convertendolo in luce visibile nota come generazione di "seconda armonica indotta dal campo THz" (TFISH). Questo metodo utilizza l'ottica non lineare (lo studio dell'interazione tra materia e luce molto intensa) per raddoppiare la frequenza di un raggio ottico in presenza di un'onda THz.

Sebbene questo metodo di misurazione sia stato utilizzato per quasi due decenni, i ricercatori hanno ideato una nuova strategia per misurare la radiazione direttamente sulla sorgente del plasma mentre viene prodotta. Il lavoro, intitolato "Misurazione locale della generazione di seconda armonica indotta dal campo terahertz nei filamenti di plasma", è stato pubblicato il 13 dicembre 2023 in Frontiers of Optoelectronics .

Poiché l’onda THz è confinata nel plasma quando viene avviata, la conversione non lineare da THz a luce visibile è estremamente efficiente e può essere rilevata anche ad occhio nudo. Nel loro sistema, i ricercatori producono plasma in aria secca con un fascio intenso e utilizzano un secondo debole raggio laser di radiazione ottica per sondare il plasma con un angolo non collineare. Temporizzando l'arrivo del fascio di sonda con la creazione del plasma, i ricercatori possono caratterizzare la dinamica del plasma, fornendo una suite di misurazione completa per la sorgente THz.

Inoltre, utilizzando un reticolo per alterare i tempi attraverso il raggio di sondaggio, i ricercatori hanno presentato la prima misurazione di un segnale TFISH effettuato all’interno di un singolo colpo laser. Questo metodo fornisce fino ad oggi la larghezza di banda più ampia per il rilevamento single-shot THz.

Ulteriori informazioni: Kareem J. Garriga Francis et al, Misurazione locale della generazione di seconda armonica indotta dal campo terahertz nei filamenti di plasma, Frontiere dell'optoelettronica (2023). DOI:10.1007/s12200-023-00095-y

Fornito da Frontiers Journals