(Phys.org) — Door een dunne laag water te verlichten met ultrakorte laserpulsen, natuurkundigen hebben aangetoond dat vloeibaar water terahertz (THz) golven kan genereren, die momenteel worden onderzocht voor toepassingen zoals draadloze datatransmissie, industriële kwaliteitscontrole, en beeldvorming met hoge resolutie met de mogelijkheid tot penetratie.

De onderzoekers, geleid door Xi-Cheng Zhang, de M. Parker Givens Professor aan de University of Rochester's Institute of Optics in New York, evenals aan Capital Normal University in Beijing en ITMO University in Sint-Petersburg, Rusland, hebben een artikel gepubliceerd over het genereren van THz-golven uit water in een recent nummer van: Technische Natuurkunde Brieven .

Het resultaat is verrassend omdat bulkwater een sterke absorber is van licht in het THz-frequentiebereik, en dus leek het lange tijd zeer onwaarschijnlijk dat vloeibaar water als bron van THz-straling zou kunnen dienen. Onderzoekers hebben eerder aangetoond, echter, dat water licht kan uitstralen op andere frequenties, inclusief wit licht, en dat waterdamp THz-golven kan uitzenden. De sleutel om vloeibaar water THz-golven te laten genereren, zoals de wetenschappers laten zien in de nieuwe studie, is het gebruik van een zeer dunne (minder dan 200 m dikke) vrijstromende waterfilm.

"Hoewel het op dit moment misschien nog te vroeg is om industriële of commerciële toepassingen voor ons werk te voorspellen, Ik denk dat het het laatste stukje van de puzzel is, "Zhang vertelde Phys.org . "Stevig, gas, en plasma zijn al gebruikt om THz-golven te genereren, maar niet vloeibaar. Met vloeistof, vooral water, vier toestanden van materie zijn nu gebruikt als THz-bronnen."

In hun experimenten, de onderzoekers focusten femtoseconde laserpulsen (die een duur hebben in de orde van één picoseconde, of 10 ^-12 seconden) in de waterfilm. De laserpulsen creëren een plasma in de waterfilm, die de watermoleculen ioniseert, het genereren van vrije elektronen, en uiteindelijk THz-straling uitzenden.

Eerder onderzoek heeft aangetoond dat THz-golven kunnen worden gegenereerd uit verschillende andere bronnen, inclusief luchtplasma. Echter, de wetenschappers in de nieuwe studie ontdekten dat de THz-straling van water heel andere kenmerken vertoont in vergelijking met de THz-straling van luchtplasma. Bijvoorbeeld, een langere duur van de laserpuls verhoogt de hoeveelheid THz-stralingsenergie die wordt gegenereerd uit water, maar voor luchtplasma geldt het tegenovergestelde:een kortere puls verhoogt de THz-straling. De wetenschappers ontdekten ook dat, wanneer gepositioneerd uit de buurt van de normale invalshoek van optische excitatie, de sterkte van de THz-straling van water hangt af van de polarisatie van de laserstraal, terwijl de THz-straling van het luchtplasma polarisatie-onafhankelijk is.

De onderzoekers verklaren dat deze waarnemingen niet volledig kunnen worden verklaard door het huidige begrip van natuurkundigen van de mechanismen die betrokken zijn bij het genereren van THz-golven. Ze verwachten dat verder onderzoek naar laser-water-interacties zal leiden tot een beter begrip van de fysica achter de nieuwe waarnemingen, en mogelijk tot nieuwe toepassingen.

"Water is het belangrijkste element in het menselijk lichaam en op onze aarde, "Zei Zhang. "Het gebruik van water om THz-golven te genereren is een stap in de richting van het begrijpen van de rol van water in dit frequentiebereik. Eerder, we hebben geprobeerd water te vermijden in de meeste THz-toepassingen. Nu zullen we waarschijnlijk water gebruiken voor het genereren van intense THz-golven."

© 2017 Fys.org