Терагерцовые технологии сегодня активно развиваются и сфера их применения весьма широка: от медицины (ТГц-излучения используют в медицинских томографах) до безопасности. В частности, с помощью терагерцовой спектроскопии можно анализировать химический состав и структуру материалов без их повреждения.
В настоящее время для разных задач созданы различные ТГц-излучатели. Среди них фотопроводящие антенны (ФПА) – экономичные и простые в изготовлении устройства, генерирующие терагерцовое излучение. Однако у ФПА есть недостаток – низкая эффективность преобразования энергии. Для генерации волн в ТГц-диапазоне с помощью ФПА используют преобразование лазерных лучей, однако лишь небольшая доля исходных импульсов "превращается" в ТГц-излучение, а большая часть энергии теряется в процессе.
Ученые ОСВЧПЭ им. В.Г. Мокерова Центра перспективной микроэлектроники НИЦ "Курчатовский институт" совместно с коллегами из ИОФ РАН предложили оригинальное и эффективное решение для генерации терагерцового излучения – одномерный массив, состоящий всего из семи единичных ФПА с топологией типа "диполь". Перед изготовлением устройства исследователи на основе компьютерного моделирования выявили принципиальное влияние поглощенной мощности лазерного возбуждения и периода массива на процесс формирования диаграммы направленности ТГц-излучения. Несмотря на относительную простоту конструкции массива, он оказался в 11 раз эффективнее единичной ФПА.
– Конструкция массива подобрана с учетом корректного выбора периода по отношению к поглощенной мощности лазерного возбуждения, поэтому она обеспечивает максимально эффективную перекачку энергии в основной лепесток диаграммы направленности антенны. Если в массиве больше двух элементов, то в диаграмме направленности всегда появляются боковые лепестки. Это похоже на то, как формируется дифракционная картина при прохождении света через узкую щель. В нашем случае мы подобрали параметры массива таким образом, что влияние боковых лепестков не значительно, – говорит Дмитрий Пономарев, заместитель руководителя ОСВЧПЭ им. В.Г. Мокерова.
Одномерный массив – промежуточный вариант между единичной ФПА и широкоапертурным ФПА-излучателем – то есть источником большой площади. Последние, хотя и обеспечивают генерацию более мощных ТГц импульсов, значительно сложнее в топологии и требуют больше ресурсов на изготовление. А конструкция, предложенная учеными Курчатовского института, гораздо проще и при этом незначительно уступает источникам большой площади по эффективности преобразования энергии.
Результаты работы опубликованы в журнале Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves.
В Доме ученых им. академика А.П. Александрова 21 октября состоялось официальное открытие III Международного форума природоподобных технологий. Почетными гостями пленарного заседания стали помощник Президента РФ Андрей Фурсенко, президент Российской академии наук Геннадий Красников, глава Минобрнауки Валерий Фальков, глава госкорпорации "Роскосмос" Дмитрий Баканов.
Международный форум природоподобных технологий, организованный НИЦ "Курчатовский институт", проходит с 20 по 25 октября. В этом году в его работе принимают участие более тысячи ученых, представляющих научные центры как России, так и стран СНГ. "Создание природоподобной техносферы требует концентрации научных усилий, поэтому отрадно, что в форуме принимают участие ученые Казахстана, Молдовы, Белоруссии, Азербайджана, Узбекистана. Большое внимание здесь уделяется и воспитанию научных кадров: среди мероприятий этой недели есть в том числе школы молодых ученых", – подчеркнул в своем приветственном выступлении президент РАН Геннадий Красников. Также в работе Форума участвует делегация Ирана, а вице-президент и глава Организации по атомной энергии Ирана Мохаммад Эслами направил участникам мероприятия приветствие.
Центральным событием дня стало пленарное заседание "Природоподобные технологии для космоса", где основным докладчиком стал президент Курчатовского института Михаил Ковальчук. Он рассказал о целом ряде направлений исследований и разработок, которые ведет Центр для решения "космических" задач. Это и ядерная космическая энергетика (этой сферой Курчатовский институт занимается с 1950-х годов), и "космическое" материаловедение, и микроэлектроника, и даже изучение влияния условий космических полетов на живые организмы на приматных моделях, которые ведутся на базе Курчатовского комплекса медицинской приматологии.
Глава Роскосмоса Дмитрий Баканов в своем выступлении говорил о конкретных примерах того, как природоподобный подход реализуется и воплощается в технологических решениях ракетно-космической отрасли: "Природоподобные технологии – это конкретный инженерный результат, выраженный в повышении надежности, снижении массы, экономии ресурсов и оптимизации производственных процессов. Курчатовский институт создает основу для их практического развития в нашей стране… Со стороны Роскосмоса скажу, что у нас полная готовность к внедрению таких технологий и взаимному сотрудничеству".
По уже сложившейся традиции, Международный форум природоподобных технологий объединяет несколько научных мероприятий:
- Курчатовский геномный форум;
- Курчатовский форум "Исследования с применением синхротронного излучения, нейтронов и электронов";
- Международную молодежную школу по ядерной медицине.
Также на площадке Форума состоялось 3-е заседание Общественного совета базовой организации государств-участников СНГ по развитию исследовательской инфраструктуры класса "мегасайенс", прошедшее под председательством вице-президента Центра Александра Благова.
ПРЯМАЯ РЕЧЬ
Михаил Ковальчук, президент НИЦ "Курчатовский институт": – Новая идея всегда меняет ландшафт, нарушает сложившуюся обстановку, поэтому ее надо продвигать – так происходило и с природоподобным подходом. Сейчас Президентом страны утверждена стратегия развития природоподобных технологий, реализуется целый ряд федеральных научно-технических программ.
Валерий Фальков, министр науки и высшего образования РФ: – Сегодня Россия входит в качественно новый этап технологического развития. Каким он будет, во многом зависит от того, удастся ли найти баланс между человеком, природой и технологиями.
Пионером развития природоподобных технологий стал Курчатовский институт. Я отдельно хотел бы отметить: все эти годы, несмотря на разные точки зрения, среди которых было немало критических суждений, вы держите эту тему в центре внимания научного сообщества и в России, и за ее пределами… Сегодня актуальность этого направления закреплена обновленной Стратегией научно-технологического развития, страны, а также указом Президента: эти документы определяют природоподобные технологии как фактор технологической независимости и конкурентоспособности страны.
