Физики расширили дальность действия всевидящих волн

Новая технология позволяет на большом расстоянии детектировать различные материалы, спрятанные внутри упаковки, багажа или под одеждой, в том числе взрывчатку. Эксперимент провели учёные из американского политехнического института Ренсселера (Rensselaer Polytechnic Institute) и канадского университета Лаваля (Universit? Laval).

Учёные извлекают информацию из изменения фазы, интенсивности и времени прихода отражённого сигнала (иллюстрация Jingle Liu et al.).

В основе новой разработки лежит просвечивание объекта терагерцевыми волнами, с которыми исследователи в разных странах работают с большим успехом. Специалисты прочат терагерцевым устройствам роль всевидящих глаз, умеющих определять скрытые оружие и взрывчатые вещества, присутствие людей за стеной и так далее. Проблема в том, что терагерцевые волны быстро затухают из-за влаги в воздухе, так что диапазон их применения до сих пор был ограничен десятками сантиметров.

Трое из четырёх авторов работы (слева направо): Цзинлэ Лю (Jingle Liu), Си-Чэн Чжан (Xi-Cheng Zhang) и Цзяньмин Дай (Jianming Dai) (фото Rensselaer/Daria Robbins).

Новая установка расширяет диапазон обнаружения до сотни метров и, возможно, нескольких километров, — уверяют её создатели. Секрет в том, что физики решили не полагаться на сами терагерцевые волны для переноса импульса воздействия к цели и передачи информации от неё к приёмнику. Вместо этого они направили на объект два фокусированных лазерных луча с длинами волн 800 и 400 нанометров. Объединяясь непосредственно перед целью, эти лазеры вызывают ионизацию воздуха и генерируют терагерцевые лучи, сканирующие цель.

Отражённое от предмета терагерцевое излучение, в свою очередь, вызывает флуоресценцию всё того же облачка плазмы, висящего перед предметом, причём в характеристиках этого повторного излучения отражается подпись просканированного вещества в терагерцевом спектре.

Принцип работы новой установки. Справа внизу: пример спектра взрывчатого вещества (иллюстрация с сайта wired.com).

Флуоресцентный "отпечаток пальца" обнаруживается детекторами близ инициирующих лазеров – за много метров. Пока авторы системы испытали её в лаборатории при дистанции между объектом и приборами в 10-20 метров, но учёные говорят, что техника должна сработать и на большем удалении. Исследователи проверили сотни различных веществ и создали библиотеку терагерцевых спектров, с которой электроника могла бы сравнивать сигнал, возвращающийся от цели.

Детали этой работы можно найти в статье в Nature Photonics и пресс-релизе института Ренсселера.