A busca e o desenvolvimento de fontes eficientes de terahertz (THz) é um dos principais objetivos científicos do século XXI. A região THz do espectro eletromagnético é composta por frequências de luz entre as bandas do infravermelho e das microondas e é responsável por uma das últimas regiões de luz pouco exploradas - não existem muitas fontes e detectores fortes e eficientes atualmente disponíveis para a faixa de frequência THz .



Esforços recentes para produzir fontes THz envolvem o uso de instalações de laser em grande escala, usando lasers pulsados ​​ultracurtos, capazes de fornecer aproximadamente a quantidade de energia consumida por um trilhão de lâmpadas de 1 W no espaço de um quatrilionésimo de segundo. A intensidade no foco desses lasers é forte o suficiente para arrancar elétrons dos materiais (a matéria é transformada em plasma), levando à geração de luz em todo o espectro eletromagnético.

Infelizmente, para produzir frequências THz mais fortes com este método, a tecnologia laser atual permite apenas que alguns “tiros” sejam disparados ao longo de vários minutos ou horas. Isto significa que para medir e caracterizar adequadamente as fontes THz, deve ser desenvolvido um método de detecção capaz de caracterizar completamente a radiação produzida num único disparo.

Pesquisadores liderados pelo Prof. X.-C. Zhang, do Instituto de Óptica da Universidade de Rochester, em Nova York, EUA, expandiram um método para detectar o campo elétrico THz, convertendo-o em luz visível conhecida como geração de "segundo harmônico induzido por campo THz" (TFISH). Este método utiliza óptica não linear (estudo da interação entre matéria e luz muito intensa) para duplicar a frequência de um feixe óptico na presença de uma onda THz.

Embora este método de medição tenha sido utilizado há quase duas décadas, os investigadores desenvolveram uma nova estratégia para medir a radiação directamente na fonte de plasma à medida que é produzida. O trabalho, intitulado "Medição local da geração de segundo harmônico induzida por campo de terahertz em filamentos de plasma", foi publicado em 13 de dezembro de 2023 na Frontiers of Optoelectronics. .

Como a onda THz está confinada ao plasma quando é iniciada, a conversão não linear de THz para luz visível é extremamente eficiente e pode até ser detectada a olho nu. Em seu sistema, os pesquisadores produzem plasma em ar seco com um feixe intenso e usam um segundo feixe laser fraco de radiação óptica para sondar o plasma em um ângulo não colinear. Ao cronometrar a chegada do feixe de sondagem até a criação do plasma, os pesquisadores podem caracterizar a dinâmica do plasma, fornecendo um conjunto completo de medições para a fonte THz.

Além disso, usando uma grade para alterar o tempo através do feixe de sondagem, os pesquisadores apresentaram a primeira medição de um sinal TFISH feita em um único disparo de laser. Este método fornece a maior largura de banda para detecção de disparo único em THz até o momento.

Mais informações: Kareem J. Garriga Francis et al, Medição local da geração de segundo harmônico induzida por campo terahertz em filamentos de plasma, Frontiers of Optoelectronics (2023). DOI:10.1007/s12200-023-00095-y
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