ИСТИНА

Проект нацелен на разработку методов узкополосной терагерцовой диагностики опасных веществ с использованием фемтосекундного лазера в режиме сканирования объекта и в режиме удаленного доступа. Для достижения этой цели разработаны новые принципы генерации и детектирования коротких импульсов терагерцового диапазона частот, обеспечивающих контроль над спектральными характеристиками излучения, получения мощных узкополосных и мульти-частотных импульсов направленного когерентного излучения, программируемого моделирования спектральной чувствительности нелинейно-оптических приемников терагерцовых волн. В основе подхода - использование нелинейно-оптических процессов параметрического смешения оптических и терагерцовых частот в режиме квазисинхронизма, осуществляемых в кристаллах с периодически и апериодически поляризованной доменной структурой. Разработаны технологии приготовления доменных структур, позволяющие через форму пространственного распределения квадратичной нелинейной восприимчивости, создаваемой в кристалле, определять форму спектра волн, генерируемых или детектируемых в процессе параметрического преобразования частоты. Данный подход открывает возможность генерировать или детектировать импульсы терагерцового излучения с заранее заданным спектральным составом – взаимно-согласованным, а также согласованным с формой спектрального отклика исследуемого вещества. В проекте впервые исследован эффект импульсного квазисинхронного детектирования и на его основе создан новый метод спектрально-селективного детектирования импульсов терагерцовой частоты. Исследованы энергетические, спектральные и пространственные характеристики терагерцового излучения, генерируемого при квазисинхронном оптическом выпрямлении фемтосекундных лазерных импульсов, а также возможности применения узкополосного терагерцового излучения для селективного возбуждения состояний и процессов в средах. Иизучены дополнительные возможности, связанные с использованием обратных терагерцовых волн в терагерцовых спектроскопических схемах. Созданные в проекте схемы генерации, фокусировки, детектирования и контроля спектра импульсного терагерцового излучения будут использоваться в терагерцовых установках нового типа, приспособленных для 1) терагерцовой спектроскопии (наиболее эффективно в диапазоне 0.5-2 ТГц), 2) экспресс-диагностики наличия опасных, взрывчатых и других средств в целях борьбы с терроризмом, 3) для создания компактных оперативных датчиков состава материалов и газовых смесей, диагностики содержания химических веществ, 5) построения изображения и создания методов неразрушающей терагерцовой томографии. Установки, выполненные с применением разработанных схем, послужат прототипами действующих макетов приборов, характеризуемых а) более высокой спектральной селективностью, б) более высоким быстродействием.

Развит метод диагностики наличия опасных и взрывчатых веществ на основе широкополосной терагерцовой спектроскопии временного разрешения. Показано, что спектр излучения периодически и апериодически поляризованных кристаллов ниобата лития может быть совмещен со спектрами резонансных линий поглощения компонент взрывчатых веществ. Предложены и исследованы новые подходы к диагностике на основе узкополосной и мультичастотной спектроскопии временного разрешения с использованием квазисинхронных кристаллов. Исследованы принципы функционирования нового метода однодетекторного электро-оптического стробирования терагерцовых полей, основанного на модуляции интенсивности оптического излучения терагерцовым излучением, актуального для решения задач построения изображений в терагерцовых лучах и снижения общего времени диагностики. С использованием новой схемы однодетекторного электро-оптического стробирования собрана экспериментальная установка, работающая в режимах широкополосного (в диапазоне 0.5-2.5 ТГц) или узкополосного (с шириной полосы от 0.1 ТГц) возбуждения. Исследованы условия применения в схемах узкополосной диагностики периодически и апериодически поляризованных кристаллов ниобата лития, изготовленных с помощью двух различных технологий – технологии роста легированных кристаллов в асимметричном тепловом поле и технологии переполяризации номинально чистых кристаллов во внешнем электрическом поле. Определены параметры временной и частотной структуры широкополосных и узкополосных терагерцовых волновых пакетов, претерпевающие наиболее значимые изменения при прохождении через вещества с резонансными линиями поглощения и аномальной областью дисперсии показателя преломления. Предложен метод экспресс-диагностики наличия резонансной примеси по результатам измерения начальных участков временных форм прошедшего узкополосного терагерцового излучения. Данный подход не требует длительного времени сканирования линии задержки и Фурье-анализа временных форм. Показано, что его применение возможно при условии, когда частота узкополосной генерации совпадает с резонансной частотой диагностируемой примеси. Создан лабораторный макет установки для диагностирования наличия опасных веществ с резонансной частотой в области 0.9-1.1 ТГц.