Физики создали компактные волноводы нового типа для передачи терагерцового излучения с низкими потерями

Ученые из Института физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна РАН (Черноголовка), Института общей физики имени А.М. Прохорова РАН (Москва) и Московского центра передовых исследований (Москва) создали тонкий волновод на основе полой сапфировой трубки. Ее получили методом Степанова, разработанным в Институте физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна РАН в конце 50-х годов прошлого столетия.

В рамках этого подхода на молибденовый формообразователь тонким слоем наносят расплав сапфира, а затем вытягивают из него полый сапфировый стержень. Эта технология позволяет, в том числе, получать трубки малого диаметра с почти атомарно-гладкой поверхностью и толщиной стенок около 0,3 миллиметра и более. Таким методом ученые вырастили трубку с внутренним диаметром порядка 6,15 миллиметров и толщиной стенки 0,7 миллиметра.

Уникальные свойства сапфира определяют преимущества волновода на его основе: сапфир почти не поглошает терагерцовое излучение, устойчив к химикатам, радиации, биологическим тканям и жидкостям, а еще его можно нагревать почти до 2000°C. Это значит, что инструменты из этого материала легко обеззараживать для медицинских целей обычными способами — например, в автоклаве или кипятком.

Авторы сделали два варианта волноводов. В первом случае на сапфировую трубку нанесли пластиковую оболочку, которая частично отражает терагерцовые волны внутрь волновода, уменьшая их рассеивание вне трубки и, соответственно, потери при распространении. Во втором варианте ту же трубку покрыли тонким слоем меди, который полностью удерживает волну внутри волновода и не дает внешним помехам влиять на сигнал. В таком волноводе минимальные потери излучения при распространении были почти вдвое меньше, чем в трубке, покрытой пластиком. Также стоит отметить, что изготовленные устройства выдерживают температуры нагрева до 200°C, что достаточно для медицинских приложений.