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3D打印屏幕完美塑型太赫兹光束

  有 511 人浏览   日期:2018-07-18 09:56

文章摘要:奥地利维也纳技术大学(Technical University of Vienna,以下简称TU Wien)的研究人员长期致力于研究塑造完美太赫兹光束的方法,近期成功利用精确计算的3D打印塑料屏幕,完美塑造了太赫兹光束。......

  

太赫兹(Terahertz,THz)光谱“隐藏”在红外线、微波等更为人熟知的电磁波中。太赫兹光谱及其辐射波长目前仍是个全新的研究领域,研究人员已了解到,太赫兹辐射可为成像及通讯等应用提供附加价值。如今,太赫兹常被应用于实验室材料分析及机场安检。太赫兹波长比可见光波长要长得多,在毫米范围内,且太赫兹光束只能通过特殊技术来实现操控。

据麦姆斯咨询报道,奥地利维也纳技术大学(Technical University of Vienna,以下简称TU Wien)的研究人员长期致力于研究塑造完美太赫兹光束的方法,近期成功利用精确计算的3D打印塑料屏幕,完美塑造了太赫兹光束。TU Wien研究小组利用该简单的3D打印屏幕可将太赫兹光束精确地塑造为所需形状。

像透镜,但更棒!

来自TU Wien固态物理研究所的Andrei Pimenov教授解释道:“普通塑料对太赫兹光束来说,就像玻璃对于可见光一样,是完全透明的。然而,太赫兹光波穿过塑料时,速度会稍微变慢,这就意味着光束穿过塑料后波峰和波谷会有些位移,我们称之为移相(phase shifting)。”

这就好比玻璃光学透镜,它的中间比边缘厚,因此穿过透镜中央的光束会比穿过边缘的光束花费更多时间。这会导致穿过透镜中间的光束比穿过边缘的光束延迟得多,光束形状会发生改变(即更宽的光束可聚焦在单点上)。TU Wien的研究人员使用相同类型的移相来塑造太赫兹光束,尽管他们的这项研究还远未完善。

Pimenov教授团队中的博士研究生Jan Gosporadic补充说:“我们不仅想把宽光束投射成一个单点,我们的终极目标是实现将任何光束塑造为想要的形状。”

3D打印屏幕

TU Wien研究人员通过在光束中插入一个直径仅为几厘米的精确调整的3D打印塑料屏幕,就完成了该目标。在此过程中,研究人员必须调整屏幕的厚度(0至4mm),以便使光束的不同区域以可控的方式偏转,最终形成理想的图像或形状。

Pimenov教授解释道:“这个过程其实非常简单。对于2 mm波长的太赫兹辐射来说,甚至并不需要分辨率很高的3D打印机,只要结构精度明显好于所使用的辐射波长就足够了。”

3D打印屏幕完美塑型太赫兹光束

Jan Gospodaric和Andrei Pimenov教授在实验室中的合影

该团队最近在Applied Physics Letters《应用物理快报》杂志上发表了题为“3D-printed phase waveplates for THz beam shaping”的论文,合著者包括来自维也纳大学(University of Vienna)的Gosporadic, A. Kuzmenko、Anna Pimenov、 C. Huber和D. Suess,以及来自TU Wien的S. Rotter和Pimenov教授。

论文摘要:“源于3D打印技术的进步,3D打印可实现合适的打印分辨率以及聚合物材料的太赫兹通透性,为我们构建经济型定制太赫兹元器件提供了新的方法。为了在远距离图像平面上建立预先定义的光前强度分布,我们提出了一种计算、设计并制造太赫兹波片的方法,对入射太赫兹光束(λ0?=?2.14?mm)进行相位调制。我们针对两种不同目标强度使用了修正的Gerchberg-Saxton算法进行计算。所得到的相位调制曲线可用于对聚丙交酯进行建模,并采用市售3D打印机打印。测试结果在配备扫描选项的太赫兹实验装置中进行测试,其结果与理论预测具有很高的一致性。”

3D打印屏幕完美塑型太赫兹光束

当屏幕插入光束时,会出现特定的图案:十字或TU Wien标志

研究人员开发了一种特殊的计算方法来实现其3D打印屏幕的设计。为了展示新型太赫兹波束成型方法设计的可能性,TU Wien研究小组3D打印出几种不同的屏幕,其中包括可将宽光束塑造成易于辨认的TU Wien大学标志。

Pimenov教授认为:“这表明,该项技术几乎没有任何几何限制。我们的方法应用起来相对容易,这让我们相信,该项技术可很快应用于许多领域,同时目前新兴的太赫兹技术将使其更加精确且通用。”

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