Ученые лаборатории Фемтосекундной оптики и фемтотехнологий Международного института Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО впервые в мире смогли напрямую измерить нелинейный показатель преломления вещества в терагерцовом диапазоне. Результаты экспериментов сопоставили с ранее проведенными теоретическими расчетами, чтобы подтвердить наличие нелинейных эффектов. Данные, полученные таким способом, можно использовать для управления светом, а также в фундаментальных и биомедицинских исследованиях. Результаты опубликованы в апрельском номере  Optics Express.
  За последние 40 лет терагерцовое изучение нашло широкое применение для систем контроля качества и обеспечения безопасности, определения веществ, а также для различных биомедицинских исследований. Но высокомощные источники излучения в этом диапазоне появились не так давно. При этом мощное излучение изменяет показатель преломления среды и влияет на то, как она пропускает излучение других диапазонов. Исследователи называют такие эффекты нелинейностями и изучают их, чтобы создавать устройства для управления светом.
  Ученые лаборатории Фемтосекундной оптики и фемтотехнологий Международного института Фотоники и оптоинформатики впервые в мире смогли напрямую измерить нелинейный показатель преломления вещества в терагерцовом диапазоне. Для этого они адаптировали ранее известный метод Z-сканирования. С его помощью ученые получили экспериментальные данные о том, как высокомощное излучение изменяет показатель преломления исследуемого образца. Затем провели численное моделирование эксперимента и сравнили результаты: они оказались схожими.

Мария Жукова
  «Мы впервые смогли достоверно убедиться, что терагерцовое излучение вызывает сильную нелинейность в среде. Пока мы провели измерения только для воды, но планируем расширить диапазон сред, в которых будем проводить экспериментальные и теоретические исследования такого рода. Полученные данные пригодятся при создании устройств управления светом, а также в фундаментальных и биомедицинских исследованиях», – комментирует Мария Жукова, аспирант 3-го года обучения факультета Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО, сотрудник Лаборатории Фемтосекундной оптики и фемтотехнологий.


Максим Мельник
  «Наша лаборатория давно занимается разработкой высокоэффективных источников излучения терагерцового диапазона, и мы уже добились в этом определенных успехов. Но прежде чем углубляться в физику излучения, мы решили описать нелинейности, которые оно вызывает. Тем более, что экспериментальная база с редким и дорогостоящим оборудованием лаборатории Фемтосекундной оптики и фемтотехнологий это позволяет. Мы смогли подобрать и адаптировать метод измерения нелинейности, чтобы максимально эффективно его использовать», – добавляет коллега Марии Максим Мельник, аспирант 4-го года обучения факультета Фотоники и оптоинформатики.
Статья: High Kerr nonlinearity of water in THz spectral range. Anton Tcypkin, Maksim Melnik, Maria Zhukova et al. Optics Express. April 1, 2019