Сочетание полого сапфирового волновода и иммерсионной линзы для ТГц эндоскопии сверхвысокого разрешения

Развитию методов терагерцовой (ТГц) визуализации препятствует низкое пространственное разрешение традиционных дифракционно-ограниченных изображающих систем главным образом из-за большой длины волны используемого излучения (от единиц mm до десятков $\mu$m). Для решения указанной проблемы нами предложен новый метод ТГц-эндоскопии с субволновым пространственным разрешением, который предназначен для исследования труднодоступных областей живых организмов in vivo. В качестве волновода используется полая сапфировая трубка с покрытием из политетрафторэтилена, в которой реализован антирезонансный принцип передачи излучения. Для субволновой локализации излучения на выходе волновода использовалась линза на основе эффекта твердотельной иммерсии. Геометрические параметры волновода и иммерсионной линзы оптимизированы для обеспечения высоких оптических характеристик в заданном диапазоне длин волн и обеспечения наилучшей фокусировки. Разработаны и изготовлены две иммерсионные линзы из сапфира и кремния, которые затем устанавливались на плоскопараллельные окна, закрепляемые на заднем торце волновода. Исследование распределения интенсивности поля на теневой стороне системы “волновод-линза” выявило диаметр фокального пятна $\simeq$0.2$\lambda$ в случае изготовления линзы из сапфира и $\simeq$0.3$\lambda$ в случае изготовления линзы из кремния на длине волны $\lambda$ = 500 $\lambda$m, что существенно превышает предел Аббе. Это согласуется с нашими численными прогнозами и демонстрирует перспективность применения предложенного эндоскопа для измерений с субволновым разрешением.