Схема терагерцовой микроскопии ближнего поля на основе воздушно-плазменной динамической апертуры. Два фемтосекундных лазерных импульса фокусировались во взаимно перпендикулярных направлениях для генерации двух воздушных плазм (плазма1 и плазма2) вблизи поверхности образца. Падающий ТГц луч модулировался поперечной нитью, создаваемой воздушной плазмой, и измерялся отраженный ТГц сигнал ближнего поля. На вставке показаны взаимосвязи между двумя воздушно-плазменными потоками, терагерцовым пучком и образцом. Авторы и права: Синь-ке Ван, Цзя-шэн Е, Вэнь-фэн Сунь, Пэн Хань, Лэй Хоу и Ян Чжан.

Как новый метод контроля в дальнем инфракрасном диапазоне разработка технологии формирования изображений в терагерцовом диапазоне (ТГц) привлекла значительное внимание в последние годы. Благодаря уникальным свойствам терагерцового излучения, таким как энергия неионизирующих фотонов и широкий спектр информации, этот метод визуализации продемонстрировал мощный потенциал применения во многих фундаментальных исследованиях и областях промышленности. Однако разрешение терагерцового изображения всегда ограничено из-за большой длины волны. Внедрение оптических методов ближнего поля может значительно улучшить разрешение, но всегда важно требовать, чтобы ТГц-источник или детектор приближались к образцу как можно дальше. Для мягких или жидких материалов в биомедицинском зондировании и химическом контроле, эти образцы могут быть легко повреждены, а терагерцовый источник или детектор могут быть загрязнены в традиционных методах ближнего поля терагерцового диапазона. Следовательно, по-прежнему остается проблемой достижение микроскопии ближнего поля ТГц в более широких областях применения.

В новой статье, опубликованной в журнале Light: Science & Applications, группа ученых во главе с профессорами Синь-ке Ван и Ян Чжан из Пекинской ключевой лаборатории метаматериалов и устройств, ключевой лаборатории терагерцовой оптоэлектроники Министерства образования, факультета физики, столицы Нормальный университет, Пекин, Китай, и его коллеги разработали новую микроскопию ближнего поля ТГц для получения изображений в субволновом диапазоне ТГц без приближения к образцу с помощью каких-либо устройств.

В этом методе ТГц ближнего поля поперечная нить была образована двумя пересекающимися воздушно-плазменными потоками, которые открывали динамическую апертуру для модуляции интенсивности ТГц луча на поверхности образца. Когда поперечная нить находилась достаточно близко к поверхности образца, выполнялась ТГц-визуализация с разрешением в десятки микрон. Используя преимущества этого метода, ограничение выбора образца было эффективно снято при традиционной визуализации ближнего поля ТГц, а повреждение образца от поперечной нити было сведено к минимуму.

Чтобы проверить эффективность метода, были измерены четыре различных типа материалов, и были успешно получены их изображения в терагерцовом субволновом диапазоне, включая тестовую таблицу металлического разрешения, полупроводниковый чип, образец пластика и жирное пятно. Кроме того, методика в принципе пригодна и для инкапсулированного образца, если его упаковка прозрачна для ТГц и видимого света. Таким образом, можно ожидать, что описанный метод значительно расширит область применения терагерцовой микроскопии ближнего поля, например, для биомедицинского зондирования и химического контроля.