A radiação Terahertz é usada para verificações de segurança em aeroportos, para exames médicos e também para verificações de qualidade na indústria. Contudo, radiação na faixa de terahertz é extremamente difícil de gerar. Cientistas da TU Wien em estreita cooperação com colegas do Instituto de Estrutura Eletrônica e Laser (IESL), Fundação para Pesquisa e Tecnologia - Hellas (FORTH) em Heraklion e a Texas A&M University no Qatar agora conseguiram desenvolver uma fonte de radiação terahertz que quebra vários recordes:é extremamente eficiente, e seu espectro é muito amplo - gera diferentes comprimentos de onda em toda a faixa de terahertz. A pesquisa foi inspirada na teoria desenvolvida na Texas A&M University, prevendo que com pulsos de laser de comprimento de onda longo, uma geração de THz extremamente eficiente poderia ser alcançada no plasma de ar. Isso abre a possibilidade de criar pulsos de radiação curtos com intensidade de radiação extremamente alta. A nova tecnologia terahertz foi agora apresentada na revista Nature Communications .

A "lacuna de Terahertz" entre lasers e antenas

"A radiação Terahertz tem propriedades muito úteis, "diz Claudia Gollner, do Instituto de Fotônica da TU Wien." Pode penetrar facilmente em muitos materiais, mas ao contrário de raios-X, é inofensivo porque não é radiação ionizante. "

Do ponto de vista técnico, Contudo, a radiação terahertz está localizada em uma região de frequência muito difícil de acessar - em uma espécie de terra de ninguém entre duas áreas bem conhecidas:A radiação com frequências mais altas pode ser gerada por lasers de estado sólido comuns. Radiação de baixa frequência, por outro lado, como é usado em comunicações móveis, é emitido por antenas. Os maiores desafios estão exatamente no meio, na faixa de terahertz.

Nos laboratórios de laser da TU Wien, portanto, muito esforço deve ser feito para gerar os pulsos de radiação terahertz de alta intensidade desejados. “Nosso ponto de partida é a radiação de um sistema de laser infravermelho. Ele foi desenvolvido em nosso Instituto e é único no mundo, "diz Claudia Gollner. Primeiro, a luz laser é enviada através de um meio denominado meio não linear. Neste material, a radiação infravermelha é modificada, parte dela é convertida em radiação com o dobro da frequência.

"Agora temos dois tipos diferentes de radiação infravermelha. Esses dois tipos de radiação são sobrepostos. Isso cria uma onda com um campo elétrico com uma forma assimétrica muito específica, "diz Gollner.

Transformando Ar em Plasma

Essa onda eletromagnética é intensa o suficiente para arrancar elétrons das moléculas do ar. O ar se transforma em um plasma brilhante. Então, a forma especial do campo elétrico da onda acelera os elétrons de tal forma que eles produzem a radiação terahertz desejada.

"Nosso método é extremamente eficiente:2,3% da energia fornecida é convertida em radiação terahertz - isto é, ordens de magnitude a mais do que pode ser alcançado com outros métodos. Isso resulta em energias THz excepcionalmente altas de quase 200 µJ, "diz Claudia Gollner. Outra vantagem importante do novo método é que um espectro muito amplo de radiação terahertz é gerado. Comprimentos de onda muito diferentes em toda a faixa terahertz são emitidos simultaneamente. Isso produz pulsos de radiação curtos extremamente intensos. Quanto maior o espectro de diferentes terahertz comprimentos de onda, os pulsos mais curtos e intensos podem ser gerados.

Numerosas aplicações possíveis

"Isso significa que, pela primeira vez, uma fonte terahertz para radiação de intensidade extremamente alta está agora disponível, "diz Andrius Baltuska, o chefe do grupo de pesquisa da Universidade de Tecnologia de Viena. "Experimentos iniciais com cristais de telureto de zinco já mostram que a radiação terahertz é perfeitamente adequada para responder a questões importantes da ciência dos materiais de uma maneira completamente nova. Estamos convencidos de que esse método tem um grande futuro."