Fyzikální ústav Akademie věd ČR

Terahertzová (THz) oblast elektromagnetického záření leží mezi infračervenou oblastí a mikrovlnami, tj. mezi 100 GHz a 10 THz. Tyto vlny jsou schopné vybudit polární kmity mříže v pevných látkách a vibrace větších řetězců biomolekul, indukovat plasmové oscilace volných nosičů náboje s koncentracemi ~10¹⁴-10¹⁸ cm^-3 a interagovat s nosiči náboje lokalizovanými v nanočásticích. Až do počátku 90. let 20. století byly spektroskopické aplikace využívající této spektrální oblasti značně omezeny a čítaly pouze astronomii a analytickou chemii, protože nebyly k dispozici ani intenzivní zdroje záření ani citlivé detektory. Až nedávné objevy a inovace v oblasti fotoniky a nanotechnologií vedly k dramatickému vzrůstu zájmu vědecké obce i průmyslových podniků o THz výzkum a aplikace.

Naše skupina používá tzv. optoelektronický přístup ke generování a detekci širokopásmových THz pulsů, při němž se využívá frekvenční konverze ultrakrátkých optických pulsů do THz spektrální oblasti. Tato technika se nazývá THz spektroskopie v časovém oboru a je schopna měřit komplexní dielektrická a vodivostní spektra různých typů vzorků ve spektrální oblasti od 5 do 80 cm^-1. Navíc fakt, že generování a detekce THz záření jsou synchronizovány s laserovými pulsy otevírá možnost provádět časově rozlišené experimenty v daleké infračervené spektrální oblasti, kdy je vzorek nejprve vybuzen optickým pulsem (v ultrafialové, viditelné nebo infračervené oblasti) a poté se jeho odezva sonduje časově zpožděným THz pulsem. Tato metoda umožňuje měřit ultrarychlou fotovodivost vzorků se na sub-pikosekundové až nanosekundové časové škále.

(Více informací na samostatných stránkách THz skupiny.)

Výzkumné aktivity

• THz spektroskopie feroelektrik a příbuzných materiálů (krystaly, keramiky, tenké vrstvy); s důrazem na laditelné aplikace v THz oblasti
• fotonické krystaly a metamateriály pro THz oblast
• ultrarychlá fotovodivost v polovodičích a molekulových systémech
• THz mikroskopie v blízkém poli

Vybavení

• Ultrarychlé lasery a zesilovače
  • femtosekundový oscilátor MIRA seed (Coherent)
  • femtosekundový oscilátor VITESSE (Coherent)
  • femtosekundový zesilovač ODIN (Quantronix)
  • parametrický zesilovač TOPAS (Light conversion)
• Experimentální uspořádání pro THz spektroskopii v časovém oboru (umístěné ve vakuové komoře); vhodné též pro časově rozlišená měření ultrarychlé dynamiky
• Kryostat a pec s okénky vhodnými pro optické i THz experimenty (dostupné teploty: 10–900 K)
• Experimentální uspořádání pro THz mikroskopii v blízkém poli