КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 18-12-00430
НазваниеИзучение взаимодействия монохроматического терагерцового излучения с ультразвуком в неполярных жидкостях и их парах
РуководительНикитин Алексей Константинович, Доктор технических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук, г Москва
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2018 г. - 2020 г. |
Конкурс№28 - Конкурс 2018 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-404 - Физическая акустика
Ключевые словаакустооптическое взаимодействие, терагерцовое излучение, дифракция Брэгга, неполярные жидкости, ультразвуковые волны, инертные газы, оптические дефлекторы
Код ГРНТИ29.37.25
СтатусУспешно завершен
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект посвящён изучению взаимодействия монохроматического терагерцевого (ТГц) излучения с ультразвуком в неполярных жидкостях и их парах с целью разработки методов управления пучками лазерного ТГц излучения путём оперативного изменения параметров среды. Акустооптическое (АО) взаимодействие широко применяется для управления параметрами (направление распространения, интенсивность, поляризация, частота, фаза) электромагнитного излучения видимого и среднего инфракрасного (ИК) диапазонов. Благодаря простоте управления, компактности, малой потребляемой мощности и высокому быстродействию АО устройства используются в оптической спектроскопии и связи, системах обработки изображений, лазерной технике для модуляции, фильтрации и управляемого отклонения световых пучков. К настоящему времени разработаны АО устройства, эффективно работающие на длинах волн не более 20 мкм. Использование подобных устройств в ТГц диапазоне до сих пор не практикуется, так как эффективность АО взаимодействия обратно пропорциональна квадрату длины волны излучения. Поскольку в настоящее время идёт интенсивное освоение ТГц диапазона (разработано большое число методов генерации монохроматического и широкополосного ТГц излучения, единичных и матричных приёмников, методов ТГц-видения и спектроскопии, информационно-аналитических методов и коммуникационных систем), то актуализируется проблема оперативного управления параметрами ТГц излучения.
На сегодняшний день большинство АО приборов создаётся на основе кристаллов парателлурита. Однако практически все используемые в АО монокристаллические среды, а также жидкости, характеризуются в ТГц диапазоне большим коэффициентом поглощения излучения. Наиболее прозрачными в ТГц диапазоне средами являются полупроводники (например, арсенид галлия, германий и высокоомный кремний). Однако эти материалы характеризуются низкими значениями коэффициента АО качества, вследствие большой скорости звука в них и малой величины эффективной фотоупругой постоянной. Более высоким коэффициентом АО качества обладают жидкости. Максимальную прозрачность на ТГц частотах имеют неполярные жидкости, характеризующиеся малым электрическим дипольным моментом. К таким веществам относятся предельные углеводороды и их производные, а также - элементы восьмой группы р-блока таблицы Менделеева.
Таким образом, изучение АО взаимодействия в ТГц диапазоне с целью разработки эффективных методов управления параметрами излучения и электронно-управляемых устройств является актуальным и потенциально реализуемым направлением исследований.
Исследования будут выполнены, используя монохроматическое излучение лазера на свободных электронах, перестраиваемого по длине волны в областях 30-60 мкм и 90-240 мкм, Центра коллективного пользования синхротронным и терагерцевым излучением при Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (г. Новосибирск). Использование в контрольных экспериментах квантового каскадного ТГц лазера позволит изучить АО взаимодействие в лабораторных условиях.
Научная новизна исследований состоит в определении оптимальных условий АО взаимодействия в ТГц диапазоне, при которых достигается простота реализации искомого эффекта и минимальное энергопотребление при заданной эффективности взаимодействия, а также – в разработке методов и устройств для электронного управления пространственно-частотными характеристиками пучков ТГц излучения.
Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будет:
1) Впервые в мире исследована дифракция монохроматического ТГц излучения на ультразвуке в неполярных жидкостях при обратной коллинеарной геометрии взаимодействия, что позволит создать узкополосные фильтры ТГц излучения. Такие фильтры могут быть использованы для выделения гармонических компонент из широкополосного пикосекундного ТГц излучения. Для выполнения этих исследований будет разработана и создана специализированная ячейка, позволяющая наблюдать коллинеарное АО взаимодействие.
2) Впервые в мире изучено взаимодействие монохроматического ТГц излучения со стоячей ультразвуковой волной в неполярных жидкостях, содержащих взвешенные в них углеродные нанотрубки. Локализация трубок в узлах стоячей волны обусловит селективное по поляризации поглощение излучения. Этот эффект может быть применён для оперативного контроля поляризации и интенсивности ТГц излучения. Для выполнения этих исследований будет разработана и создана специализированная ячейка, позволяющая формировать стоячую ультразвуковую волну.
3) Исследована квазиортогональная АО дифракция ТГц излучения в инертных газах и жидкостях элементов восьмой группы р-блока таблицы Менделеева при высоких давлениях (десятки атмосфер) и температурах, близких к комнатной. Результаты исследований позволят впервые определить оптимальное значение давления, при котором достигается максимальная эффективность АО взаимодействия. Для этих исследований будет разработана и создана АО ячейка высокого давления, содержащая излучатель ультразвука, входное и выходное окна для ТГц излучения, порты для напуска и откачки газа, электрические вводы для пьезопреобразователя и термопару.
4) Исследована квазиортогональная АО дифракция ТГц излучения в жидкой фазе инертных газов, достигаемой повышением давления или понижением температуры. Результаты исследований позволят впервые определить оптимальное значения температуры, при котором достигается максимальная эффективность АО взаимодействия. Для этих исследований будет разработана и создана АО ячейка высокого давления, снабжённая теплоизолирующей рубашкой и термоэлектрическим модулем Пельтье для понижения температуры среды в ячейке. Такая ячейка позволит исследовать зависимость эффективности АО взаимодействия от вариаций температуры.
5) Определены наиболее легко реализуемые условия эффективной АО дифракции ТГц излучения в неполярных веществах, находящихся в жидкой и газовой фазах. Это позволит уменьшить трудоёмкость изготовления специализированных АО ячеек, а также – повысить безопасность работы с ними.
6) Исследована возможность пространственного сканирования монохроматического ТГц излучения путём изменения частоты ультразвука. Результаты могут быть использованы для создания электронно-управляемых дефлекторов ТГц излучения, а также – в системах ТГц-видения.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
<