筑波大学的研究人员展示了如何将微型谐振器结构添加到超快电子脉冲探测器中，从而降低表征脉冲持续时间所需的太赫兹辐射强度。
为了研究蛋白质——例如，在确定它们的生物作用机制时——研究人员需要了解样本中单个原子的运动。这很困难，不仅因为原子是如此之小，而且因为这种重排通常发生在皮秒内——即万亿分之一秒。
检查这些系统的一种方法是用超快激光束激发它们，然后立即用非常短的电子脉冲探测它们。根据电子从样品散射的方式作为激光和电子脉冲之间延迟时间的函数，研究人员可以获得大量关于原子动力学的信息。然而，表征初始电子脉冲很困难，需要复杂的设置或高功率太赫兹辐射。
现在，筑波大学的一组研究人员使用光学谐振器来增强由晶体产生的太赫兹(THz)光脉冲的电场，从而减少表征电子脉冲持续时间所需的太赫兹光。太赫兹辐射是指波长介于红外线和微波之间的光束。
“探测电子脉冲的准确表征至关重要，因为与启动原子运动的激发激光束相比，它持续时间更长，而且通常更难控制，”合著者YusukeArashida教授解释说。
类似于具有适当声学效果的房间如何放大声音的感知，谐振器可以通过与其大小和形状相匹配的波长来增强太赫兹辐射的幅度。在这种情况下，该团队使用了之前由一个独立研究小组设计的蝴蝶形谐振器来集中脉冲能量。通过模拟，他们发现电场增强集中在蝴蝶的“头”和“尾巴”所在的位置。
他们发现他们可以使用太赫兹条纹方法测量超过皮秒的电子脉冲持续时间。这种方法使用入射光沿垂直方向展开电子脉冲。相机中的“条纹”由时间信息形成，现在编码到所得图像的空间分布中。
“使用电子脉冲的超快测量可以显示分子或材料在被激光激发后松弛时的原子级结构动力学，”资深作者MasakiHada教授说。
使用这种具有弱THz场和几kV/cm强度的谐振器被证明足以表征皮秒时间尺度的电子脉冲。这项工作可能导致在非常短的时间尺度上更有效地检查原子级运动，可能有助于研究生物分子或工业材料。