ИСТИНА

Проект нацелен на исследование новых нелинейно-оптических методов генерации и детектирования терагерцового излучения, предназначенных для работы в непрерывном и квазинепрерывном режиме. Эти методы использованы для разработки прототипов компактных устройств диагностики состава среды, обнаружения вредных веществ и терагерцовых каналов связи. Квазинепрерывные устройства используют в качестве накачки оптические импульсы наносекундной длительности с высокой мощностью и высокой частотой повторения. Для многих практических приложений эти системы существенно более перспективны, чем устройства, основанные на фемтосекундной оптической накачке, благодаря компактности, мобильности и высокой скорости получения информации. Однако в настоящее время они недостаточно развиты и уступают фемтосекундным системам как по энергетическим параметрам, так и по уровню разработки. Системы, основанные на непрерывном терагерцовом излучении с частотой порядка 1 ТГц и выше, практически отсутствуют на современном рынке тeрагерцовых устройств. В основе проекта – развитие наносекундных и полностью непрерывных систем диагностики, изучение оптимальных способов оптической накачки и построения пространственно-неоднородных нелинейно-оптических структур для эффективной генерации и детектирования квазинепрерывного и непрерывного терагерцового излучения. С этой целью будут исследованы наносекундные схемы генерации широкополосного лазерного излучения с последующим параметрическим преобразованием частоты, генерации под действием бигармонической накачки наносекундным и непрерывным лазерным излучением. Будет развит новый способ нелинейно-оптического детектирования терагерцового излучения. Метод позволяет проводить калибровку энергетических параметров терагерцового излучения с использованием спектральной яркости тепловых и квантовых флуктуаций поля в качестве репера. Разработаны методы расчета и создания пространственно-структурированных нелинейно-оптических сред - нелинейных фотонных, периодически и апериодически поляризованных кристаллов. Оптимальное программирование мультичастотной терагерцовой линии, нацеленное на обнаружение диагносцируемого материала или объекта с заданным контрольным спектром частот, будет заложено в основу при решении задач терагерцовой диагностики и обнаружения.

Исследованы нелинейно-оптические схемы генерации и детектирования терагерцового излучения (ТИ), предназначенные для работы в непрерывном или квазинепрерывном режиме в диапазоне частот 0.5-2 ТГц. Источники и приемники излучения этого типа перспективны для создания малогабаритных быстродействующих устройств терагерцовой спектроскопии, диагностики и обнаружения, способных функционировать во внелабораторных условиях. Разработаны и созданы экспериментальные макеты компактных источников монохроматической, бигармонической и широкополосной лазерной накачки терагерцовых устройств: (1) Твердотельные лазеры с продольной диодной накачкой и акустооптической модуляцией добротности резонатора. Длины волн генерации 1053 нм или 1047 нм (предназначены для накачки нелинейно-оптического детектора ТИ или широкополосного лазера в схеме частотно-перестраиваемой генерации ТИ), длительность импульса 7 нс, энергия до 0.7 мДж, частота повторения до 10 кГц. (2) Компактные двухчастотные лазеры с продольной диодной накачкой на кристалле Nd:YLF, генерирующие одновременно на двух длинах волн 1047 нм и 1053 нм, в непрерывном или импульсно-периодическом режиме (при модуляции добротности резонатора акустооптическим затвором). Выходная мощность в непрерывном режиме (предназначен для накачки фотомиксеров) составила 0.8 Вт на каждой длине волны, пиковая мощность импульсов в импульсно-периодическом режиме (для бигармонической накачки нелинейно-оптических генераторов) составила 8 кВт на каждой длине волны. (3) Система широкополосной лазерной накачки (предназначена для частотно-перестраиваемой генерации квази-непрерывного ТИ методом оптического выпрямления), состоящая из твердотельного лазера на кристалле Nd:YLF с лазерной диодной накачкой и лазера на кристалле LiF с центрами окраски, генерирующего импульсно-периодическое излучение с высокой частотой повторения (до 10 кГц) на центральной длине волны 1145 нм с шириной полосы 25 нм. Впервые осуществлена генерация ТИ в режиме оптического выпрямления Фурье-неограниченных лазерных импульсов наносекундной длительности. Данный подход, продемонстрированный на примере генерации в пространственно-однородных кристаллах теллурида цинка и периодически поляризованных кристаллах ниобата лития, не требует частотно-перестраиваемой оптической накачки для управления частотой выходного ТИ, что существенно упрощает схему и снижает габариты частотно-перестраиваемого генератора ТИ. Создан компактный (размеры лазерного излучателя 16 см x 5 см x 3 см, длина кристалла 1 см) источник когерентного импульсно-периодического ТИ на частоте 1.64 ТГц, генерируемого при параметрическом вычитании частот бигармонической лазерной накачки (на длинах волн 1047 нм и 1053 нм) в кристалле GaSe. Длительность импульсов генерации - 12 нс, пиковая мощность ТИ 0,75 мВт при частоте повторения 7 кГц. Разработаны схемы нелинейно-оптического детектирования ТИ в диапазоне 0.5 - 2 ТГц: для детектирования непрерывного ТИ при накачке от Ar-лазера на длине волны 514.5 нм, для детектирования квазинепрерывного излучения при накачке, синхронизованной с импульсами накачки терагерцового генератора (длинах волн 1053 нм, 1047 нм или вторых гармониках этого излучения). Созданы периодически поляризованные кристаллы ниобата лития и измерены перестроечные характеристики детекторов на их основе. На базе эффекта спонтанного параметрического рассеяния развит метод измерения спектрального распределения чувствительности и предложен метод калибровки показаний терагерцовых детекторов нелинейно-оптического типа.