La radiación de terahercios se utiliza para controles de seguridad en los aeropuertos, para exámenes médicos y también para controles de calidad en la industria. Sin embargo, la radiación en el rango de terahercios es extremadamente difícil de generar. Científicos de TU Wien en estrecha colaboración con colegas del Instituto de Estructura Electrónica y Láser (IESL), Foundation for Research and Technology - Hellas (FORTH) en Heraklion y la Universidad Texas A&M en Qatar ahora han logrado desarrollar una fuente de radiación de terahercios que rompe varios récords:es extremadamente eficiente, y su espectro es muy amplio:genera diferentes longitudes de onda de todo el rango de terahercios. La investigación se inspiró en la teoría desarrollada en Texas A&M University, prediciendo que con pulsos de láser de longitud de onda larga se podría lograr una generación de THz extremadamente eficiente en el plasma de aire. Esto abre la posibilidad de crear pulsos de radiación cortos con una intensidad de radiación extremadamente alta.La nueva tecnología de terahercios ahora se ha presentado en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

La "brecha de terahercios" entre láseres y antenas

"La radiación de terahercios tiene propiedades muy útiles, ", dice Claudia Gollner del Instituto de Fotónica de TU Wien." Puede penetrar fácilmente muchos materiales, pero a diferencia de los rayos X, es inofensivo porque no es radiación ionizante ".

Desde un punto de vista técnico, sin embargo, La radiación de terahercios se encuentra en una región de frecuencia a la que es muy difícil acceder, en una especie de tierra de nadie entre dos áreas bien conocidas:La radiación con frecuencias más altas puede ser generada por láseres de estado sólido ordinarios. Radiación de baja frecuencia, por otra parte, tal como se utiliza en las comunicaciones móviles, es emitido por antenas. Los mayores desafíos se encuentran exactamente en el medio, en el rango de terahercios.

En los laboratorios de láser de TU Wien, por lo tanto, se debe hacer un gran esfuerzo para generar los pulsos de radiación de terahercios de alta intensidad deseados. "Nuestro punto de partida es la radiación de un sistema láser infrarrojo. Fue desarrollado en nuestro Instituto y es único en el mundo, "dice Claudia Gollner. Primero, la luz láser se envía a través de un medio denominado no lineal. En este material, la radiación infrarroja se modifica, parte de ella se convierte en radiación con el doble de frecuencia.

"Así que ahora tenemos dos tipos diferentes de radiación infrarroja. Estos dos tipos de radiación se superponen. Esto crea una onda con un campo eléctrico con una forma asimétrica muy específica, "dice Gollner.

Convertir el aire en plasma

Esta onda electromagnética es lo suficientemente intensa como para arrancar electrones de las moléculas en el aire. El aire se convierte en un plasma brillante. Luego, la forma especial del campo eléctrico de la onda acelera los electrones de tal manera que producen la radiación de terahercios deseada.

"Nuestro método es extremadamente eficiente:el 2,3% de la energía suministrada se convierte en radiación de terahercios, es decir, órdenes de magnitud más de lo que se puede lograr con otros métodos. Esto da como resultado energías de THz excepcionalmente altas de casi 200 µJ, ", dice Claudia Gollner. Otra ventaja importante del nuevo método es que se genera un espectro muy amplio de radiación de terahercios. Se emiten simultáneamente longitudes de onda muy diferentes en todo el rango de terahercios. Esto produce pulsos de radiación cortos extremadamente intensos. Cuanto mayor sea el espectro de diferentes terahercios longitudes de onda, se pueden generar los pulsos más cortos e intensos.

Numerosas aplicaciones posibles

"Esto significa que, por primera vez, se encuentra disponible una fuente de terahercios para radiación de intensidad extremadamente alta, "dice Andrius Baltuska, el jefe del grupo de investigación de la Universidad Tecnológica de Viena. "Los experimentos iniciales con cristales de telururo de zinc ya muestran que la radiación de terahercios es excelente para responder preguntas importantes de la ciencia de los materiales de una manera completamente nueva. Estamos convencidos de que este método tiene un gran futuro".