Fizycy używają falowodów, aby zwiększyć praktyczny potencjał spektroskopii terahercowej
Przyszłe wdrożenie kompaktowych systemów spektroskopii THz stało się o krok bliższe dzięki finansowanemu ze środków UE projektowi THEIA. Zespół opracował system, który może działać z falami uwięzionymi w falowodach. Kluczem jest zdolność do generowania i przetwarzania fal THz bezpośrednio w falowodzie, który opracowano w ramach projektu THEIA. Promieniowanie terahercowe, które na spektrum elektromagnetycznym plasuje się między promieniowaniem optycznym a mikrofalowym, ma wyjątkowe właściwości. „Wiele złożonych materiałów będących przedmiotem zainteresowania posiada unikalne spektralne »odciski palca« w spektrum THz. Oznacza to, że promieniowanie THz można wykorzystać do rozpoznawania bardzo złożonych związków, takich jak polimery, aminokwasy, białka, leki lub materiały wybuchowe”, mówi profesor Marco Peccianti, główny badacz projektu THEIA i profesor fotoniki na brytyjskim Uniwersytecie Sussex. Tkaniny, tekstylia i wiele form opakowań są przezroczyste dla promieniowania THz, które może być wykorzystywane do celów bezpieczeństwa podobnie jak promienie rentgenowskie. Jednak w odróżnieniu od promieni rentgenowskich promieniowanie THz jest niejonizujące i generalnie nieszkodliwe dla zdrowia ludzi. Chociaż potencjału fal THz jest już znany od jakiegoś czasu, promieniowanie THz stało się realistyczną opcją dla naukowców wraz z nadejściem zaawansowanych technologii laserowych, takich jak ultraszybkie lasery, w latach osiemdziesiątych. W ciągu ostatnich 30 lat fale THz otworzyły nowe możliwości w zakresie badania świata przyrody. Technologia THz wewnątrz przewodu rurowego Zespół projektu THEIA badał, jak zintegrować falowody w spektrometrach THz. „Zwykle generuje się falę THz, a następnie tworzy ją w falowodzie za pomocą obiektywu lub innych komponentów optycznych. Zespół projektu THEIA zbadał alternatywne podejście do generowania fali THz wewnątrz falowodu i wykonywania wielu funkcji standardowego spektrometru bezpośrednio w jego wnętrzu”, mówi prof. Peccianti. Zapewnia to nie tylko sygnał THz, ale także umożliwia usunięcie wielu nieporęcznych elementów. „Potencjalnie pozwoliłoby to na wykorzystanie tej techniki w sposób, który wcześniej byłby niemożliwy”, dodaje. W ramach projektu THEIA opracowano różne strategie, aby osiągnąć ten cel, w tym nowy projekt dwuprzewodowego nadajnika THz, który składa się z dwuprzewodowego falowodu połączonego elektrycznie z fotoprzewodzącą anteną THz. Mniejsze, bardziej wydajne urządzenia Technologia Teraherc jest wciąż w powijakach w porównaniu z takimi dziedzinami jak promieniowanie mikrofalowe czy optyka. Tylko kilka firm obecnie wprowadza na rynek rozwiązania do użytku w świecie rzeczywistym, które są niestety bardzo nieporęczne. Zespół projektu THEIA chce zwiększyć wydajność i umożliwić korzystanie z mniejszych urządzeń w przyszłości. „Chcemy zmniejszyć aparaturę wymaganą do spektroskopii THz do zastosowania w różnych dziedzinach inżynierii lub w medycynie; w przyszłości mogą być dostępne długopisy do diagnozowania zmian patologicznych poprzez dotknięcie skóry. Innym przykładem są małe sondy mocowane do ściany w celu zdiagnozowania jej integralności”, mówi prof. Peccianti. Finansowanie w ramach projektu THEIA umożliwiło również stworzenie nowoczesnego laboratorium fotoniki, które prof. Peccianti założył wspólnie z Alessią Pasquazi na początku 2015 r. „W laboratorium pracuje około 15 naukowców, co już jest wspaniałym wynikiem – przed rozpoczęciem projektu THEIA nikt nie zajmował się fotoniką na uniwersytecie Sussex”, mówi prof. Peccianti. Jego zespół stara się teraz wykorzystać zdolność technologii THz do precyzyjnej identyfikacji złożonych obiektów, budując mikroskop THz w ramach finansowanego ze środków UE projektu TIMING.
Słowa kluczowe
THEIA, Teraherc, spektroskopia terahercowa, falowód
