Terahertz-Wellen machen: Warum Flüssigkeiten lange optische Pulse bevorzugen

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Laser-induzierte Ionisation in Materie-Gas, Haufen, Flüssigkeiten und Festkörpern tritt auf, wenn ein Laserpuls mit ausreichender Intensität in ein Targetmaterial fokussiert wird, wobei Elektronen und Ionen durch nichtlineare Prozesse der Laser-Materie-Wechselwirkung erzeugt werden.

Die Photoionisation ist eine wirksame Methode zur Erzeugung von transienten Strömen und elektromagnetischer Strahlung, die das Spektrum von Mikrowellen bis hin zu Röntgenstrahlen abdeckt.Im Terahertz-(THz)-Frequenzbereich ist das laserinduzierte Luftplasma zu einer der beliebtesten THz-Quellen in Forschungslabors geworden.

Die THZ-Erzeugung aus flüssigem Wasser – lange Zeit als unmöglich angesehen – wurde erfolgreich demonstriert, mit besonderem Erfolg bei Laserpulswiederholungen, die auf fließende Flüssigkeit zielen, so dass das durch den vorherigen Puls verursachte Chaos den nächsten nicht beeinflusst.Die Gruppe von Professor Xi-Cheng Zhang am Institut für Optik der Universität Rochester betreibt Spitzenforschung auf dem Gebiet der Erzeugung von THz-Wellen aus flüssigem Wasser.

Sie stellen fest, dass die Erzeugung von THz-Wellen aus ionisierten Flüssigkeiten Photoionisationsprozesse beinhaltet, die sich deutlich von denen von Luft oder anderen Gasen unterscheiden.

Sie diskutieren diese Unterschiede ausführlich in einem kürzlich in Advanced Photonics veröffentlichten Artikel.Zhangs Gruppe beobachtet, dass in Gasen der kürzeste Puls immer das stärkste THz-Feld erzeugt, aber in Flüssigkeiten bietet eine längere Pulsdauer eine stärkere THz-Emission.

Durch Berechnung der Elektronendichte finden sie heraus, dass die längere Pulsdauer mehr Elektronen in der Flüssigkeit erzeugt.

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Nach ihren Beobachtungen wird dieses Phänomen durch die Kollision von Elektronen verursacht, die eine wichtige Rolle im Ionisierungsprozess spielt.

Bei Gasen ist die Lebensdauer der Elektronen immer länger als die Pulsdauer, daher wird der Kollisionseffekt im Allgemeinen nicht berücksichtigt.Der Einblick beleuchtet den Einfluss der Dauer optischer Pulse auf die laserinduzierte Ionisation bei der Erzeugung von THz-Wellen und treibt die Entwicklung von THz-Quellen mit flüssigem Wasser voran, die reich an potentiellen Anwendungen und Möglichkeiten sind.<img src="https://tekk.tv/wp-content/uploads/2020/04/1588004583_477_Making-terahertz-waves-Why-liquids-prefer-long-optical-pulses.jpg" alt="Making Terahertz Waves: Why Liquids Prefer Long Optical Pulses" title="Original article published in Advanced Photonics.

Kredit: SPIE”>.

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