Физики получили премию за цикл работ, посвященных освоению терагерцевого диапазона

Специалисты Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) стали лауреатами премии имени Ю.И. Островского – ежегодного конкурса за лучшие научные работы в области оптической голографии и интерферометрии.

Научная группа, в которую входят физики ИЯФ СО РАН, Самарского национального исследовательского университета имени академика С. П. Королёва, Научного центра лазерных материалов и технологий Института общей физики имени А.М. Прохорова РАН (ИОФ РАН), награждена за цикл работ, посвященных исследованию вихревых бесселевых пучков терагерцевого излучения для развития телекоммуникационных технологий.

Бесселевы пучки названы так, потому что их поперечное распределение интенсивности описывается функцией Бесселя. Получение бесселевых пучков и изучение их свойств – это перспективный раздел физической оптики. В эти бесселевы пучки, или как из еще называют - оптические вихри можно «запаковывать» терагерцевое излучение и использовать его для высокоскоростной передачи данных в многоканальных системах связи шестого поколения (6G).

Для тщательного исследования свойств бесселевых пучков они должны обладать высокой мощностью – пока что создавать такие можно только на Новосибирском лазере на свободных электронах (НЛСЭ) – уникальном источнике терагерцевого излучения, не имеющем аналогов в мире.

Новосибирский лазер на свободных электронах – источник мощного терегерцевого и инфракрасного излучения, аналогов которого нет не только в России, но и в мире. По средней мощности в несколько раз превышает другие существующие в мире источники, что позволяет проводить уникальные эксперименты в очень широкой области длин волн (от 8 до 403 микрометров), в том числе направленные на развитие базы для перехода на терагерцевый диапазон в области телекоммуникаций.

Более того, оптические вихри можно мультиплексировать. То есть на одной частоте в одном пространственном канале можно передавать множество пучков (мод) с уникальным поперечным распределением, вплоть до сотен и более, каждый из которых несет свой сигнал. Это значительно увеличивает скорость передачи и объем передаваемых данных.

Вихревыми пучками активно занимаются во всем мире, пучки Бесселя научились получать практически во всех диапазонах длин волн: в видимом, инфракрасном, рентгеновском. Но область терагерцевого излучения изучена мало по той простой причине, что, если оборудование (источники излучения, детекторы, оптика) для видимого и радиодиапазона давно существует и хорошо отработано, то с терагерцевым диапазоном все намного сложнее. Исключением является Новосибирский лазер на свободных электронах – источник терагерцевого и инфракрасного излучения, средняя мощность которого значительно превышает мощность других существующих в мире источников.

Важную роль в этих исследованиях играют специальные дифракционные оптические элементы терагерцевого диапазона – без них было бы невозможно управлять поперечной структурой монохроматического излучения мощного лазера и, соответственно, формировать вихревые пучки. Созданием оптических элементов для постановки экспериментов в ИЯФ СО РАН на НЛСЭ с 2010 года занимается кафедра наноинженерии Самарского университета им. Королёва. Исследования в области создания дифракционных оптических элементов для формирования пучков видимого и инфракрасного диапазонов с заданной поперечной структурой, в том числе вихревых пучков, проводятся в университете под руководством академика РАН Виктора Сойфера. Освоение терагерцевого диапазона стимулировало начало работ по переносу накопленного опыта в новый диапазон.

«Интерес к исследованиям терагерцевых вихревых пучков связан с перспективами использования их замечательных свойств в создании терагерцевых многоканальных телекоммуникационных систем и систем дистанционного зондирования, – прокомментировал заведующий кафедрой наноинженерии Самарского университета им. Королёва, доктор физико-математических наук Владимир Павельев. – В рамках проведения совместных работ с ИЯФ СО РАН с помощью технологий микролитографии мы производили кремниевые дифракционные оптические элементы терагерцевого диапазона, предназначенные для формирования пучков с заданным поперечным амплитудно-фазовым распределением, в частности, вихревых. И здесь хочется отметить большой вклад наших технологов Тукмакова и Решетникова. Что касается специфики дифракционной оптики терагерцевого диапазона – большая длина волны излучения позволяет изготавливать субволновые структуры, которые трудно, если вообще возможно, реализовать для видимого или инфракрасного диапазона. В итоге мы изготавливали, скажем, метаповерхности для формирования бесселевых пучков с заданным поперечным поляризационным состоянием, что расширяет возможности для решения задач телекоммуникаций».

Справочно:

Премия имени Ю. И. Островского присуждается ежегодно с 1997 года за лучшие научные работы в области голографии и интерферометрии, выполненные на территории России и стран СНГ и опубликованные в отечественных и зарубежных журналах.

Источник