(Phys.org)—En illuminant une fine couche d'eau avec des impulsions laser ultracourtes, les physiciens ont démontré que l'eau liquide peut générer des ondes térahertz (THz), qui sont actuellement à l'étude pour des applications telles que la transmission de données sans fil, contrôle qualité industriel, et une imagerie haute résolution avec une capacité de pénétration.

Les chercheurs, dirigé par Xi-Cheng Zhang, le professeur M. Parker Givens à l'Institut d'optique de l'Université de Rochester à New York, ainsi qu'à la Capital Normal University de Pékin et à l'Université ITMO de Saint-Pétersbourg, Russie, ont publié un article sur la génération d'ondes THz à partir de l'eau dans un récent numéro de Lettres de physique appliquée .

Le résultat est surprenant car l'eau en vrac est un puissant absorbeur de lumière dans la gamme de fréquences THz, et ainsi, pendant longtemps, il a semblé très improbable que l'eau liquide puisse servir de source de rayonnement THz. Des chercheurs ont déjà montré, cependant, que l'eau peut émettre de la lumière à d'autres fréquences, y compris la lumière blanche, et que la vapeur d'eau peut émettre des ondes THz. La clé pour obtenir de l'eau liquide pour générer des ondes THz, comme le montrent les scientifiques dans la nouvelle étude, consiste à utiliser un film d'eau très fin (moins de 200 µm d'épaisseur) à écoulement libre.

« Bien qu'il soit peut-être trop tôt pour prédire des applications industrielles ou commerciales pour notre travail en ce moment, Je pense que cela fournit la dernière pièce du puzzle, " a dit Zhang Phys.org . "Solide, gaz, et le plasma ont déjà été utilisés pour générer des ondes THz, mais pas liquide. Avec du liquide, surtout de l'eau, quatre états de la matière ont maintenant été utilisés comme sources THz."

Dans leurs expériences, les chercheurs ont concentré des impulsions laser femtosecondes (qui ont une durée de l'ordre d'une picoseconde, ou 10 ^-12 secondes) à l'intérieur du film d'eau. Les impulsions laser créent un plasma dans le film d'eau, qui ionise les molécules d'eau, générer des électrons libres, et finalement émettre un rayonnement THz.

Des recherches antérieures ont montré que les ondes THz peuvent être générées à partir de plusieurs autres sources, y compris l'air plasma. Cependant, les scientifiques de la nouvelle étude ont découvert que le rayonnement THz de l'eau présente des caractéristiques très différentes par rapport au rayonnement THz du plasma de l'air. Par exemple, une durée d'impulsion laser plus longue augmente la quantité d'énergie de rayonnement THz générée à partir de l'eau, mais pour le plasma d'air, l'inverse est vrai :une impulsion plus courte augmente le rayonnement THz. Les scientifiques ont également découvert que, lorsqu'il est éloigné de l'angle d'incidence normal de l'excitation optique, la force du rayonnement THz de l'eau dépend de la polarisation du faisceau laser, tandis que le rayonnement THz du plasma d'air est indépendant de la polarisation.

Les chercheurs expliquent que ces observations ne peuvent pas être entièrement expliquées par la compréhension actuelle des physiciens des mécanismes impliqués dans la génération d'ondes THz. Ils s'attendent à ce qu'une étude plus approfondie des interactions laser-eau conduise à une meilleure compréhension de la physique derrière les nouvelles observations, et éventuellement à de nouvelles applications.

"L'eau est l'élément le plus important dans le corps humain et sur notre terre, " a déclaré Zhang. " L'utilisation de l'eau pour générer des ondes THz est une étape vers la compréhension du rôle de l'eau dans cette gamme de fréquences. Précédemment, nous avons essayé d'éviter l'eau dans la plupart des applications THz. Maintenant, nous utiliserons probablement de l'eau pour générer des ondes THz intenses."

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