«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. — Однако в случае «параллельной» поляризации пропускание не снижалось до нуля, оставаясь на уровне 30–50 процентов».
Рис. 1. 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 настроенный на пропускание поляризатор, к мощности, измеренной в случае максимального ослабления), равный ~30 дБ.
Рис. 2. Сравнение характеристик поляризатора на нанотрубках (обозначены красным) с показателями обычного сетчатого поляризатора, изготовленного из 10-микрометровых вольфрамовых проволок, которые натянуты на круглую раму с шагом в 30 мкм. Легко заметить, что устройство традиционной конструкции уступает в этом соревновании. (Иллюстрация из журнала Nano Letters).
Полная версия отчёта об экспериментах с терагерцевым поляризатором опубликована в статье:
Lei Ren, Cary L. Pint, Takashi Arikawa, Kei Takeya, Iwao Kawayama, Masayoshi Tonouchi, Robert H. Hauge, and Junichiro Kono Broadband Terahertz Polarizers with Ideal Performance Based on Aligned Carbon Nanotube Stacks. – Nano Lett. – DOI: 10.1021/nl203783q; Publication Date (Web): January 23, 2012.
