Коллектив исследователей из МФТИ, Сколтеха, ИТМО, ИОФ РАН, ИФТТ РАН и научных центров Китая и ОАЭ разработал компактную линзу для управления терагерцовым излучением. Устройство основано на пленке из углеродных нанотрубок и способно динамически изменять интенсивность сфокусированного луча в диапазоне от минус двадцати до плюс пятнадцати процентов.

Терагерцовый диапазон занимает особое положение в электромагнитном спектре. Волны этой частоты проникают через неметаллические материалы, оставаясь безопасными для биологических тканей. Свойства излучения обеспечивают перспективы применения в медицинской диагностике как альтернативы рентгеновским системам и в системах связи шестого поколения, где требуется высокая пропускная способность.

Конструкция линзы представляет собой зонную пластину Френеля, интегрированную в электрохимическую ячейку. Между кварцевыми пластинами размещен слой ионной жидкости и пленка из углеродных нанотрубок с паттерном концентрических колец. Золотые контакты выполняют функцию электродов. При подаче напряжения от минус двух до плюс двух вольт ионы в жидкости формируют двойной электрический слой, изменяющий оптические свойства нанотрубочной пленки.

Существующие системы фокусировки терагерцового излучения используют статические линзы из кремния или полиметилпентена с фиксированными параметрами. Новая разработка обеспечивает динамический контроль интенсивности, необходимый для адаптивной оптики. Это позволяет создавать медицинские аппараты для исследования отклика биологических тканей и системы связи с динамическим распределением мощности между пользователями.

Ученые завершили лабораторные испытания прототипа и получили патент на изобретение. Текущие работы направлены на увеличение скорости отклика системы за счет применения различных типов электролитов. Перспективным направлением развития технологии является создание многослойных структур с независимо управляемыми фокусами.

Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда и программы совместных проектов МФТИ, Сколтеха и Университета ИТМО.