La búsqueda y el desarrollo de fuentes eficientes de terahercios (THz) es uno de los principales objetivos científicos del siglo XXI. La región de THz del espectro electromagnético se compone de frecuencias de luz entre las bandas infrarroja y de microondas y representa una de las últimas regiones de luz apenas exploradas; actualmente no hay muchas fuentes y detectores potentes y eficientes disponibles para el rango de frecuencia de THz. .
Los esfuerzos recientes para producir fuentes de THz implican el uso de instalaciones láser a gran escala que utilizan láseres de pulsos ultracortos capaces de entregar aproximadamente la cantidad de energía consumida por un billón de bombillas de 1 W en el lapso de una billonésima de segundo. La intensidad en el foco de estos láseres es lo suficientemente fuerte como para arrancar electrones de los materiales (la materia se convierte en plasma), lo que genera luz en todo el espectro electromagnético.
Desafortunadamente, para producir frecuencias de THz más fuertes con este método, la tecnología láser actual sólo permite realizar unos pocos "disparos" en el lapso de varios minutos u horas. Esto significa que para medir y caracterizar adecuadamente las fuentes de THz, se debe desarrollar un método de detección capaz de caracterizar completamente la radiación producida en un solo disparo.
Investigadores dirigidos por el Prof. X.-C. Zhang, del Instituto de Óptica de la Universidad de Rochester en Nueva York, EE. UU., ha ampliado un método para detectar el campo eléctrico de THz convirtiéndolo en luz visible conocido como generación de "segundo armónico inducido por campo de THz" (TFISH). Este método utiliza óptica no lineal (el estudio de la interacción entre la materia y la luz muy intensa) para duplicar la frecuencia de un haz óptico en presencia de una onda de THz.
Si bien este método de medición se ha utilizado durante casi dos décadas, los investigadores idearon una nueva estrategia para medir la radiación directamente en la fuente de plasma a medida que se produce. El trabajo, titulado "Medición local de la generación de segundos armónicos inducida por el campo de terahercios en filamentos de plasma", se publicó el 13 de diciembre de 2023 en Frontiers of Optoelectronics .
Debido a que la onda de THz está confinada al plasma cuando se inicia, la conversión no lineal de THz a luz visible es extremadamente eficiente e incluso puede detectarse a simple vista. En su sistema, los investigadores producen plasma en aire seco con un haz intenso y utilizan un segundo rayo láser débil de radiación óptica para sondear el plasma en un ángulo no colineal. Al cronometrar la llegada del haz de sonda a la creación del plasma, los investigadores pueden caracterizar la dinámica del plasma, proporcionando un conjunto completo de mediciones para la fuente de THz.
Además, utilizando una rejilla para alterar la sincronización a través del haz de sonda, los investigadores mostraron la primera medición de una señal TFISH realizada con un solo disparo de láser. Este método proporciona el mayor ancho de banda para la detección de un solo disparo de THz hasta la fecha.
Más información: Kareem J. Garriga Francis et al, Medición local de la generación de segundos armónicos inducida por el campo de terahercios en filamentos de plasma, Fronteras de la optoelectrónica (2023). DOI:10.1007/s12200-023-00095-y
Proporcionado por Frontiers Journals
