Объединённая группа физиков из Университета Райса (США) и Осакского университета (Япония) изготовили практически идеальный терагерцевый поляризатор на основе нанотрубок.

Стоит сразу напомнить, что частоты терагерцевого излучения занимают свободную область между инфракрасным и сверхвысокочастотным диапазонами. Это излучение относится к неионизирующим, не наносит вреда организму человека и легко проходит сквозь большинство диэлектриков, но сильно поглощается проводящими материалами; дерево, пластик или ткань для него прозрачны, а металл и вода — нет. Такие свойства позволяют использовать его, к примеру, для сканирования в системах безопасности.

«Хорошие терагерцевые излучатели и детекторы у нас уже есть, — говорит Дзюнъитиро Коно (Junichiro Kono), руководитель лаборатории Университета Райса, в которой был создан новый поляризатор. — Не хватает только устройств для манипулирования излучением, и именно эту проблему мы и пытались решить». Первый вариант поляризатора на основе упорядоченного массива однослойных углеродных нанотрубок учёные испытали в 2009-м, получив обнадёживающие, но всё же далёкие от идеала результаты. «Когда направление поляризации терагерцевой волны было перпендикулярно оси нанотрубок, никакого ослабления излучения не отмечалось, — вспоминает г-н Коно. — В случае «параллельной» поляризации пропускание, однако, не снижалось до нуля, оставаясь на уровне 30–50 процентов».

Одно-, двух- и трёхслойные терагерцевые поляризаторы на нанотрубках (иллюстрация Lei Ren / Rice University).

Способ устранения этого недостатка был очевиден: требовалось увеличить толщину поляризатора. В конструкцию новой версии поляризатора входят сразу три установленных друг за другом упорядоченных массива нанотрубок, размещённых на сапфировых подложках.

При испытаниях на эту структуру направлялось терагерцевое излучение, полученное с помощью фемтосекундного титан-сапфирового лазера и нелинейного кристалла теллурида цинка, в котором реализуется эффект оптического выпрямления. Как оказалось, относительно простое и надёжное трёхслойное устройство обеспечивает степень поляризации в 99,9% в интервале частот от ~0,4 до 2,2 ТГц. В этой же области оно имеет коэффициент экстинкции (отношение мощности излучения, прошедшего через поляризатор, настроенный на пропускание, к мощности, измеренной в случае максимального ослабления), равный ~30 дБ.