Новая система терагерцовой спектроскопии преодолевает фундаментальный компромисс между разрешением

Исследователи из Китая представили инновационную систему терагерцовой спектроскопии, которая впервые позволяет одновременно достигать высокого спектрального и пространственного разрешения, преодолевая давний технический барьер.

Терагерцовое излучение, занимающее частотный диапазон между микроволнами и инфракрасным светом, критически важно для таких перспективных областей, как высокоскоростная беспроводная связь, химическое зондирование и анализ материалов. Однако до сих пор ученым приходилось выбирать: либо детально изучать спектральные «отпечатки пальцев» веществ (высокое спектральное разрешение), либо исследовать взаимодействие излучения с материей вблизи поверхности устройств (высокое пространственное разрешение).

Команда под руководством Цзяньцяна Гу из Тяньцзиньского университета разработала систему, названную пространственно-разрешенной асинхронной терагерцовой спектроскопией (SPRATS). Она объединяет два метода: асинхронное оптическое сканирование (ASOPS), обеспечивающее высокое спектральное разрешение и быструю развертку, и фотопроводящий зонд (PPB), дающий микрометровое пространственное разрешение для ближнепольных измерений.

В ходе экспериментов система продемонстрировала пространственное разрешение 20 мкм и спектральное разрешение до 100 МГц. Ученые успешно применили SPRATS для характеристики резонанса с высокой добротностью (Q-фактором) в дифракционной решетке, впервые выполнив in situ ближнепольное картирование такого терагерцового устройства.

«Наша система SPRATS демонстрирует превосходную производительность по спектральному разрешению и эффективно расширяет ближнепольные исследования на терагерцовые спектральные модуляционные устройства с высоким Q-фактором», — комментирует доктор Гу.

Новая методика позволяет одновременно проводить высокоточный спектральный анализ и наблюдения в ближнем поле, что открывает новые возможности для изучения и оптимизации терагерцовых устройств. Технология найдёт применение в высокочувствительном терагерцовом зондировании, исследовании нелинейных явлений и разработке резонансных устройств следующего поколения.

Исследование было опубликовано в журнале Advanced Photonics в 2025 году.