Вышедшие номера
Home » Оптика и спектроскопия » Год 2026, выпуск 6 » Статья стр. 692
<<<>>>
Импульсная ТГц-микроскопия на основе эффекта твердотельной иммерсии с субволновым разрешением
Российский научный фонд, 22-79-10099
Желнов В.А. 1, Рыбников Д.Д.1,2, Борисов Ю.И.1, Юрченко С.О. 2, Пономарев Д.С. 3, Зайцев К.И. 1, Черномырдин Н.В. 1
1Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва, Россия
2Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия
3Национальный исследовательский центр " Курчатовский институт" Москва, Россия
Email: vleder.zel@mail.ru, ribka.demass@mail.ru, kirzay@gmail.com, chernik-a@yandex.ru
Поступила в редакцию: 11 декабря 2025 г.
В окончательной редакции: 17 февраля 2026 г.
Принята к печати: 27 марта 2026 г.
Выставление онлайн: 25 июня 2026 г.
PDF версия
Предложена конструкция импульсного терагерцового (ТГц) микроскопа на основе эффекта твердотельной иммерсии, который включает широкоапертурную кремниевую иммерсионную линзу и две фотопроводящих антенны (ФПА), используемые в качестве источника и детектора широкополосных ТГц-импульсов. Такая конфигурация сочетает в себе сверхвысокое разрешение ТГц-оптической системы на основе эффекта твердотельной иммерсии и большой объем информации, предоставляемый методом ТГц-импульсной спектроскопии. Импульсный ТГц-микроскоп формирует трехмерный массив данных путем растрового сканирования поверхности образца. Эти данные могут быть представлены как во временной, так и в частотной областях, что открывает большие возможности для анализа ТГц-сигналов. Пространственное разрешение микроскопа зависит от формы представления ТГц-изображения. Разрешение варьирует от 0.136λс до 0.2λc (длина волны λc~ 360 μm соответствует несущей частоте ТГц-импульса νc~0.83 THz) при формировании ТГц-изображения во временной области. В случае представления изображения в спектральной области в диапазоне частот 0.5-1.7 THz разрешение составляет 0.147λ-0.304λ и 0.047λ-0.156λ (λ - длина волны электромагнитного излучения в свободном пространстве) для режимов детектирования амплитуды и фазы соответственно. Наибольшее разрешение, достигаемое в области фаз, обусловлено нелинейностью данного метода построения изображения. Полученные результаты демонстрируют перспективность применения импульсного ТГц-микроскопа на основе эффекта твердотельной иммерсии для визуализации субволновых элементов объектов с одновременной регистрацией спектральных данных, что делает его крайне востребованным в биофотонике, физике конденсированного состояния, неразрушающем контроле и других областях. Ключевые слова: терагерцовые технологии, терагерцовая импульсная микроскопия, микроскопия на основе эффекта твердотельной иммерсии, сверхразрешение, амплитудная и фазовая визуализация.
  1. K.I. Zaytsev, I.N. Dolganova, N.V. Chernomyrdin, G.M. Katyba, A.A. Gavdush, O.P. Cherkasova, G.A. Komandin, M.A. Shchedrina, A.N. Khodan, D.S. Ponomarev, I.V. Reshetov, V.E. Karasik, M. Skorobogatiy, V.N. Kurlov, V.V. Tuchin. J. Opt., 22 (1), 13001 (2020). DOI: 10.1088/2040-8986/ab4dc3
  2. O.P. Cherkasova, D.S. Serdyukov, E.F. Nemova, A.S. Ratushnyak, A.S. Kucheryavenko, I.N. Dolganova, G. Xu, M. Skorobogatiy, I.V. Reshetov, P.S. Timashev, I.E. Spektor, K.I. Zaytsev, V.V. Tuchin. J. Biomed. Opt., 26 (09), (2021). DOI: 10.1117/1.JBO.26.9.090902
  3. P. Lopato. Appl. Sci., 7 (7), (2017). DOI: 10.3390/app7070661
  4. A.J. Huber, F. Keilmann, J. Wittborn, J. Aizpurua, R. Hillenbrand. Nano Lett., 8 (11), 3766-3770 (2008). DOI: 10.1021/nl802086x
  5. M. Yamashita, C. Otani, K. Kawase, K. Nikawa, M. Tonouchi. Appl. Phys. Lett., 93 (4), 41117 (2008). DOI: 10.1063/1.2965810
  6. H. Huang, Z. Liu, M.T. Ruggiero, Z. Zheng, K. Qiu, S. Li, Z. Zhang, Z. Zhang. Cryst. Growth Des., 25 (10), 3578-3594 (2025). DOI: 10.1021/acs.cgd.4c01423
  7. J.A. Zeitler, P.F. Taday, D.A. Newnham, M. Pepper, K.C. Gordon, T. Rades. J. Pharm. Pharmacol., 59 (2), 209-223 (2007). DOI: 10.1211/jpp.59.2.0008
  8. A.V. Shchepetilnikov, P.A. Gusikhin, V.M. Muravev, B.D. Kaysin, G.E. Tsydynzhapov, A.A. Dremin, I.V. Kukushkin. Appl. Opt., 60 (33), 10448-10452 (2021). DOI: 10.1364/AO.442060
  9. H. Guerboukha, B. Zhao, Z. Fang, E. Knightly, D.M. Mittleman. Commun. Eng., 3 (1), 58 (2024). DOI: 10.1038/s44172-024-00206-3
  10. N.V. Chernomyrdin, M. Skorobogatiy, D.S. Ponomarev, V.V. Bukin, V.V. Tuchin, K.I. Zaytsev. Appl. Phys. Lett., 120 (11), 110501 (2022). DOI: 10.1063/5.0085906
  11. R. Hillenbrand, Y. Abate, M. Liu, X. Chen, D.N. Basov. Nat. Rev. Mater., 10 (4), 285-310 (2025). DOI: 10.1038/s41578-024-00761-3
  12. S. Yoshida, Y. Arashida, H. Hirori, T. Tachizaki, A. Taninaka, H. Ueno, O. Takeuchi, H. Shigekawa. ACS Photonics, 8 (1), 315-323 (2021). DOI: 10.1021/acsphotonics.0c01572
  13. X. Guo, K. Bertling, B.C. Donose, M. Brunig, A. Cernescu, A.A. Govyadinov, A.D. Rakic. Appl. Phys. Rev., 11 (2), 21306 (2024). DOI: 10.1063/5.0189061
  14. S.M. Mansfield, G.S. Kino. Appl. Phys. Lett., 57 (24), 2615-2616 (1990). DOI: 10.1063/1.103828
  15. N.V. Chernomyrdin, A.S. Kucheryavenko, G.S. Kolontaeva, G.M. Katyba, I.N. Dolganova, P.A. Karalkin, D.S. Ponomarev, V.N. Kurlov, I.V. Reshetov, M. Skorobogatiy, V.V. Tuchin, K.I. Zaytsev. Appl. Phys. Lett., 113 (11), 111102 (2018). DOI: 10.1063/1.5045480
  16. V.A. Zhelnov, V.E. Ulitko, M. Skorobogatiy, K.I. Zaytsev, N.V. Chernomyrdin. Appl. Opt., 63 (30), 7893-7899 (2024). DOI: 10.1364/AO.536928
  17. A.S. Kucheryavenko, V.A. Zhelnov, D.G. Melikyants, N.V. Chernomyrdin, S.P. Lebedev, V.V. Bukin, S.V. Garnov, V.N. Kurlov, K.I. Zaytsev, G.M. Katyba Opt. Express, 31 (8), 13366-13373 (2023). DOI: 10.1364/OE.484650
  18. Q. Chapdelaine, K. Nallappan, Y. Cao, H. Guerboukha, N.V. Chernomyrdin, K.I. Zaytsev, M. Skorobogatiy. Opt. Mater. Express, 12 (8), 3015-3031 (2022). DOI: 10.1364/OME.461756
  19. V.A. Zhelnov, N.V. Chernomyrdin, G.M. Katyba, A.A. Gavdush, V.V. Bukin, S.V. Garnov, I.E. Spektor, V.N. Kurlov, M. Skorobogatiy, K.I. Zaytsev. Adv. Opt. Mater., 12 (1), 2300927 (2024). DOI: 10.1002/adom.202300927
  20. N.V. Chernomyrdin, M. Skorobogatiy, A.A. Gavdush, G.R. Musina, G.M. Katyba, G.A. Komandin, A.M. Khorokhorov, I.E. Spektor, V.V. Tuchin, K.I. Zaytsev. Optica, 8 (11), 1471 (2021). DOI: 10.1364/OPTICA.439286
  21. N.V. Chernomyrdin, D.R. Il'enkova, V.A. Zhelnov, A.I. Alekseeva, A.A. Gavdush, G.R. Musina, P.V. Nikitin, A.S. Kucheryavenko, I.N. Dolganova, I.E. Spektor, V.V. Tuchin, K.I. Zaytsev. Sci. Rep., 13 (1), 16596 (2023). DOI: 10.1038/s41598-023-43857-6
  22. D.S. Ponomarev, A.E. Yachmenev, D.V. Lavrukhin, R.A. Khabibullin, N.V. Chernomyrdin, I.E. Spektor, V.N. Kurlov, V.V. Kveder, K.I. Zaytsev. Uspekhi Fiz. Nauk, 194 (01), 2-22 (2024). DOI: 10.3367/ufnr.2023.07.039503
  23. E. Castro-Camus, M. Koch, D.M. Mittleman. Appl. Phys. B, 128 (1), 12 (2021). DOI: 10.1007/s00340-021-07732-4
  24. D.-H. Choi, M. Kim, D. Woo Park, E. Su Lee, I.-M. Lee. Opt. Laser Technol., 174, 110557 (2024). DOI: 10.1016/j.optlastec.2024.110557
  25. V.A. Zhelnov, D.D. Rybnikov, V.E. Ulitko, Y.G. Goncharov, D.V. Lavrukhin, A.N. Perov, S.V. Garnov, D.S. Ponomarev, M. Skorobogatiy, K.I. Zaytsev, N.V. Chernomyrdin. Appl. Phys. Lett., 126 (25), 251101 (2025). DOI: 10.1063/5.0268579
  26. V.A. Zhelnov, K.I. Zaytsev, A.S. Kucheryavenko, G.M. Katyba, I.N. Dolganova, D.S. Ponomarev, V.N. Kurlov, M. Skorobogatiy, N.V. Chernomyrdin. Opt. Express, 29 (3), 3553-3566 (2021). DOI: 10.1364/OE.415049
  27. N.V. Chernomyrdin, M.E. Frolov, S.P. Lebedev, I.V. Reshetov, I.E. Spektor, V.L. Tolstoguzov, V.E. Karasik, A.M. Khorokhorov, K.I. Koshelev, A.O. Schadko, S.O. Yurchenko, K.I. Zaytsev. Rev. Sci. Instrum., 88 (1), 14703 (2017). DOI: 10.1063/1.4973764
  28. P.C. Ashworth, E. Pickwell-MacPherson, E. Provenzano, S.E. Pinder, A.D. Purushotham, M. Pepper, V.P. Wallace Opt. Express, 17 (15), 12444-12454 (2009). DOI: 10.1364/oe.17.012444
  29. V.P. Wallace, A.J. Fitzgerald, S. Shankar, N. Flanagan, R. Pye, J. Cluff, D.D. Arnone. Br. J. Dermatol., 151 (2), 424-432 (2004). DOI: 10.1111/j.1365-2133.2004.06129.x
  30. Y. Sun, M. Sy, Y.-X. Wang, A. Ahuja, Y.-T. Zhang, E. Pickwell-MacPherson. World J. Radiol., 3 (3), 55-65 (2011). DOI: 10.4329/wjr.v3.i3.55
  31. V.P. Tychinsky. Opt. Commun., 74 (1), 41-45 (1989). DOI: 10.1016/0030-4018(89)90486-0
  32. M. Totzeck, M.A. Krumbu gel. Opt. Commun., 112 (3), 189-200 (1994). DOI: 10.1016/0030-4018(94)00451-X
  33. T. Wilson. IEEE Eng. Med. Biol. Mag., 15 (1), 84-91 (1996). DOI: 10.1109/51.482847
  34. W. Zhou, L. Cai. J. Appl. Phys., 85 (9), 6295-6302 (1999). DOI: 10.1063/1.370130
  35. I.M. Akhmedzhanov, D.V. Baranov, B.A. Usievich. Opt. Eng., 62 (8), 84102 (2023). DOI: 10.1117/1.OE.62.8.084102
  36. D. Grischkowsky, S. Keiding, M. van Exter, C. Fattinger. J. Opt. Soc. Am. B, 7 (10), 2006 (1990). DOI: 10.1364/JOSAB.7.002006
  37. A. Podzorov, G. Gallot. Appl. Opt., 47 (18), 3254 (2008). DOI: 10.1364/AO.47.003254
  38. W. Withayachumnankul, B.M. Fischer, D. Abbott. Opt. Express, 16 (10), 7382 (2008). DOI: 10.1364/OE.16.007382
  39. G.R. Musina, I.N. Dolganova, N.V. Chernomyrdin, A.A. Gavdush, V.E. Ulitko, O.P. Cherkasova, D.K. Tuchina, P.V. Nikitin, A.I. Alekseeva, N.V. Bal, G.A. Komandin, V.N. Kurlov, V.V. Tuchin, K.I. Zaytsev. J. Biophotonics, 13 (12), (2020). DOI: 10.1002/jbio.202000297
  40. H.A. Hafez, S. Kovalev, K. Tielrooij, M. Bonn, M. Gensch, D. Turchinovich. Adv. Opt. Mater., 8 (3), 1900771 (2020). DOI: 10.1002/adom.201900771
  41. M.G. Burdanova, A.P. Tsapenko, M.V. Kharlamova, E.I. Kauppinen, B.P. Gorshunov, J. Kono, J. Lloyd-Hughes. Adv. Opt. Mater., 9 (24), 2101042 (2021). DOI: 10.1002/adom.202101042
  42. C. Stoik, M. Bohn, J. Blackshire. NDT E Int., 43 (2), 106-115 (2010). DOI: 10.1016/j.ndteint.2009.09.005
  43. Z. Liu, R. Li, Y. Wu, D. Ye, C. He. Nondestruct. Test. Eval., 1-38 (2025). DOI: 10.1080/10589759.2025.2452366
  44. Y.-C. Shen Int. J. Pharm., 417 (1-2), 48-60 (2011). DOI: 10.1016/j.ijpharm.2011.01.012
  45. M. Walther, B.M. Fischer, A. Ortner, A. Bitzer, A. Thoman, H. Helm. Anal. Bioanal. Chem., 397 (3), 1009-1017 (2010). DOI: 10.1007/s00216-010-3672-1
  46. B. Fischer, M. Hoffmann, H. Helm, G. Modjesch, P.U. Jepsen. Semicond. Sci. Technol., 20 (7), S246 (2005). DOI: 10.1088/0268-1242/20/7/015
  47. A. Ren, A. Zahid, D. Fan, X. Yang, M.A. Imran, A. Alomainy, Q.H. Abbasi. Trends Food Sci. Technol., 85, 241-251 (2019). DOI: 10.1016/j.tifs.2019.01.019
  48. M. Karalinas, K.E. Nasser, A. Urbanowicz, I. Kav salynas, D. Brav zinskiene, S. Asadauskas, G.Valuv sis. Sci. Rep., 8 (1), 18025 (2018). DOI: 10.1038/s41598-018-36151-3
  49. J. True, C. Xi, N. Jessurun, K. Ahi, N. Asadizanjani. Opt. Eng., 60 (6), 060901 (2021). DOI: 10.1117/1.OE.60.6.060901
  50. O.A. Smolyanskaya, N.V. Chernomyrdin, A.A. Konovko, K.I. Zaytsev, I.A. Ozheredov, O.P. Cherkasova, M.M. Nazarov, J.-P. Guillet, S.A. Kozlov, Y.V. Kistenev, J.-L. Coutaz, P. Mounaix, V.L. Vaks, J.-H. Son, H. Cheon, V.P. Wallace, Y. Feldman, I. Popov, A.N. Yaroslavsky et al. Prog. Quant. Electron., 62, 1-77 (2018). DOI: 10.1016/j.pquantelec.2018.10.001
  51. H. Lindley-Hatcher, R.I. Stantchev, X. Chen, A.I. Hernandez-Serrano, J. Hardwicke, E. Pickwell-MacPherson. Appl. Phys. Lett., 118 (23), 230501 (2021). DOI: 10.1063/5.0055259
  52. J.-S. Kwon, J.H. Oh. Appl. Sci., 8 (6), (2018). DOI: 10.3390/app8060992
  53. A. Asif, K.H. Kim, F. Jabbar, S. Kim, K.H. Choi. Microfluid. Nanofluidics, 24 (6), 43 (2020). DOI: 10.1007/s10404-020-02347-1
  54. A.S. Kucheryavenko, N.V. Chernomyrdin, A.A. Gavdush, A.I. Alekseeva, P.V. Nikitin, I.N. Dolganova, P.A. Karalkin, A.S. Khalansky, I.E. Spektor, M. Skorobogatiy, V.V. Tuchin, K.I. Zaytsev. Biomed. Opt. Express, 12 (8), 5272-5289 (2021). DOI: 10.1364/BOE.432758
  55. D.R. Il'enkova, D.D. Rybnikov, A.I. Alekseeva, A.S. Kucheryavenko, S.V. Garnov, S.O. Yurchenko, V.V. Tuchin, K.I. Zaytsev, N.V. Chernomyrdin. J. Biophotonics, 19 (1), e70232 (2026). DOI: 10.1002/jbio.70232
  56. R. Henri, K. Nallappan, D.S. Ponomarev, H. Guerboukha, D.V. Lavrukhin, A.E. Yachmenev, R.A. Khabibullin, M. Skorobogatiy. IEEE Access, 9, 117691-117702 (2021). DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3106227
  57. M.R. Grootendorst, A.J. Fitzgerald, S.G. Brouwer de Koning, A. Santaolalla, A. Portieri, M.Van Hemelrijck, M.R. Young, J. Owen, M. Cariati, M. Pepper, V.P. Wallace, S.E. Pinder, A. Purushotham. Biomed. Opt. Express, 8 (6), 2932 (2017). DOI: 10.1364/BOE.8.002932
  58. S. Sy, S. Huang, Y.-X.J. Wang, J. Yu, A.T. Ahuja, Y. Zhang, E. Pickwell-MacPherson. Phys. Med. Biol., 55 (24), 7587-7596 (2010). DOI: 10.1088/0031-9155/55/24/013
  59. R.I. Stantchev, X. Yu, T. Blu, E. Pickwell-MacPherson. Nat. Commun., 11 (1), 2535 (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-16370-x
  60. G.-J. Kim, S.-G. Jeon, J.-I. Kim, Y.-S. Jin. Rev. Sci. Instrum., 79 (10), (2008). DOI: 10.1063/1.2995763

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.

Учредители

Издатель

© 2026 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme