Terahertz tehnoloģija un tā pielietojums

T-ray ir tehnoloģija, kas izmanto USER terahercu viļņus, tā saukto terahercu zinātni, lai izpētītu elektriskā z-viļņa segmentu, kas var "daudz redzēt". Vairāk nekā pirms 100 gadiem terahercis tika pieminēts infrasarkanajā astronomijā, taču tas reti tika skarts zinātniskos pētījumos un civillietās. Mikroviļņu krāsnī tiek plaši izmantota redzamās gaismas un infrasarkano staru tehnoloģija, galvenais terahercas attīstības lēnais iemesls ir detektora un avota trūkums, līdz pēdējiem 10 gadiem, uzlabojot pētniecības metodes, cilvēki šo pētījumu veikšanā laukam ir lielāka attīstība. Pašlaik pētījums par terahercēm ir attīstījies jaunā jomā, un teraherca pētījums ir pieaudzis no trim vienībām pirms 20 gadiem vairāk nekā 200 vienībām visā pasaulē.

Terahertsa viļņi ir elektromagnētiskie viļņi ar frekvenci diapazonā no 0.1THz līdz 10.0THz. Tai ir daudz izcilu īpašību, un Amerikas Savienotās Valstis tos novērtē kā vienu no "top 10 tehnoloģijām, kas mainīs nākotnes pasauli". Terahertz spektroskopija, teraherca attēlveidošana un teraherca saziņa ir trīs galvenie pētniecības virzieni. Tam ir svarīgas pielietošanas iespējas daudzās zinātnes jomās, piemēram, drošības pārbaudēs, nemetīgās darbības noteikšanā, astrofizikā, bioloģijā, medicīnā, atmosfēras fizikā, vides ekoloģijā un militārajā zinātnē. Schottky diode ar augstu nogriešanas frekvenci var realizēt terahercas viļņu sajaukšanu, noteikšanu un dubultošanu istabas temperatūrā. Turklāt terahercu tehnoloģiju pamatā ir terahercas ķēdes realizācija uz zema slāņa substrāta.

THZ vilnis ir 10 THZ frekvences diapazons no 0,1 T līdz (3 mm viļņu garumā līdz 30 um) no elektromagnētiskā spektra, tas ir starp milimetru viļņu un infrasarkano gaismu, līdz šim vēl nav pilnībā cilvēku izziņu un spektra resursu izmantošanu būt par komunikāciju (platjoslas sakari, radars, elektroniskās pretpasākumi, elektromagnētiskie ieroči, būtiskas pārmaiņas, drošības pārbaudes uc

Terahertz unikālas komunikācijas īpašības (platjoslas sakari, radari, elektroniskie pretpasākumi, elektromagnētiskie ieroči, astronomija, medicīniskā attēlošana (bez marķieru gēnu attēlveidošanas pārbaudes, šūnu līmeņa), nemitīgās pārbaudes, drošības pārbaude (bioķīmiskā pārbaude) un citas jomas ir radījušas Tā kā terahertz ir augsta frekvence, tā telpiskā izšķirtspēja ir augsta, kā arī tai ir liela laika izšķirtspēja, pateicoties tās īso impulsu (pikosekundes secībā). Terahertza attēlveidošana un teraherca spektroskopija ir divas galvenās teraherca tehnoloģiju pielietošanas tehnoloģijas Tajā pašā laikā, tā kā terahertz ir mazs enerģijas daudzumā un nesabojā materiālu, tam ir priekšrocība salīdzinājumā ar rentgena stariem. Turklāt bioloģisko makromolekulu dēļ vibrācijas un rotācijas frekvences rezonanses frekvences ir THZ viļņu joslā, tāpēc terahertz pārtikas produktu izvēlē ir laba lietojuma izvēle smalkiem celmiem un citai lauksaimniecības un pārtikas pārstrādes rūpniecībai rospect. Terahercas pielietojums joprojām pastāvīgi attīstās un pētīts, un tā plaša zinātniskā izpēte ir atzīta visā pasaulē.

Pēc vairāk nekā desmit gadu ilgas izpētes starptautiskā zinātniskā aprinda ir atzinusi THz zinātni un tehnoloģijas par ļoti svarīgu pārrobežu robežu. THz ir augsts telpiskās izšķirtspējas dēļ tā augstā frekvence (viļņa garums ir vairāk nekā 1000 mazāks nekā mikroviļņu krāsns). Tā kā pulss ir īss (femtosekundes), THz starojums ir liels laika izšķirtspēja. THz attēlveidošana un THz spektroskopija ir divas galvenās tehnoloģijas THz pielietojumā. No otras puses, THz enerģija ir maza, tas neiznīcina lietas, tāpēc tam ir lielas priekšrocības salīdzinājumā ar rentgena stariem.

Terahertz nevar aizstāt rentgena starus, bet tai ir dažas priekšrocības, ka rentgenstaru nevar. Rentgenogrāfija un ultraskaņa var atrast objekta kontūru un stāvokli, bet tā nevar noteikt objekta ķīmiskās īpašības, nespējot atšķirt atšķirību starp sprāgstvielām un narkotikām, tomēr teraherciem ir spēja, starptautiskā cīņa pret terorismu ir liela nozīme. Terahertz ir identificējusi vairāk nekā 50 no simtiem veidu sprāgstvielu un mīnu, ko pašlaik izgudroja cilvēki. Jaunākā attīstība ir aptuveni 30 metri, un teraherts spēj precīzi noteikt sprāgstvielu. Protams, 30 metri nav liels attālums, bet tas ir vērtīgs īpašums, unikāls salīdzinājumā ar citiem drošības pasākumiem.

Nākotnes terahercis paplašinās šādu četru aspektu pielietošanas jomu: materiālu īpašību, jo īpaši vieglo molekulu un pusvadītāju, pētījums, augstas temperatūras supravadītāju izpētes īpašības ir citas terahercu spektroskopijas pielietojuma jomas, otrā ir THZ attēlveidošana un ct attēlveidošanas tehnoloģija, trīs ir pētījumi bioloģijas zinātnes un medicīnas jomā, tai skaitā no vēža diagnozes līdz ģenētiskai analīzei utt. Jaunākais pētījums atklāja, ka cilvēki bieži dzer kafiju, ja tiekas ar noteiktām zālēm, tā var kļūt par "indīgu "un terahercas tehnoloģiju izmantošana būs farmakoloģijā, vēža agrīnā diagnostika utt., iespējams, jauns sasniegums.

Jaunas un jaudīgas jaunas zinātniskās pētniecības metodes

(1) THz attēlveidošanai un THz spektroskopijai ir ļoti svarīgi pieteikumi fizikā, ķīmijā, biomedicīnā, astronomijā, materiālzinātnē un vides zinātnē.

(2) ne tikai var attēlot THz viļņus un var kalpot kā īpaša un efektīva zonde, lai veiktu rūpīgu izpēti materiāla iekšienē, par fizikālo ķīmisko un bioloģisko sastāvu, spektrālajām īpašībām, THz marķieriem, kvantu mijiedarbības procesu un cita svarīga informācija.

Piemēram: izmantojot svarīgākās THz pētījumu CdSe augstas izšķirtspējas optisko kvantu pārejas fenomenu, pētījumu Ti02 nanometru režģu pārvadātāju transportēšanas procesā un pētījumu kontroles atomiem / molekulām nav radiācijas kvantu lēciena utt., Ir sasniegti svarīgi jauni rezultāti. Lieliski sasniegumi ir veikti THz kvantu optikā, kvantu datora lietojumos un pusvadītāju THz starojumā spēcīgos magnētiskajos laukos.

Izmantojot spēcīgu enerģiju, THz starojums var stimulēt atomu un molekulu iekšējo materiālu nelineārās dinamikas procesu, un tādējādi augstas jaudas ultrashort impulsa THz var pētīt materiāla nelineārās īpašības molekulārā līmenī.

(3) THz ir arī svarīgas priekšrocības plazmas noteikšanā. Blīvuma telpisko sadalījumu augsta temperatūrā un augsta blīvuma plazmā var noteikt ar THz starojumu. THz izceļas ar astronomiskiem pētījumiem, zinātnieki Dienvidu pola stacijā izveidoja mobilo astronomisko, izmantojot THz teleskopus, novērots, ka nozīmīgām jaunām zvaigznēm, lai pētītu Visuma izcelsmi un veidotu zvaigznes, ir svarīga nozīme, ir vērts minot Ķīnā 2005. gada sākumā, arī izveidoja pētniecības staciju Antarktikā).

THz tehnoloģijai būs svarīga nozīme tautsaimniecības attīstības veicināšanā

(1) THz pielietojums biomedicīnas zinātnē ir ļoti pievilcīgs. Diagnostikā un ādas vēža ārstēšanā, DNS noteikšanā, THz THz attēlveidošanas vainas medicīniskajā pielietojumā, THz pielietotā bioķīmija, zāļu analīze un noteikšana utt., Viss parāda tās spēcīgās īpašības un rezultātus.

Pamatojoties uz olbaltumvielu un gēnu īpašību pētījumu, var noteikt THz biomolekulārās diagnostikas tehnoloģiju.

Tāpēc tas var ievērojami veicināt molekulārās bioloģijas attīstību un ir liels pielietojums medicīnas un narkotiku izpētē un identificēšanā.

(2) vibrācijas un bioloģisko makromolekulu rotācijas frekvences THz viļņu joslā, un THz starojuma tehnoloģija var iegūt svarīgu informāciju par DNS, kā rezultātā THz augos, jo īpaši pārtikas produktu izvēle, izcilu celmu izvēle var būt nozīmīga loma. Vārdu sakot, teraherca zinātnei un tehnoloģijai ir liela nozīme lauksaimniecībā, pārtikas pārstrādē un citās nozarēs.

THz ir plašs pielietojums biomedicīnā. Nākamajā attēlā redzama ādas vēža diagnoze un pielietošana THz.

(3) THz starojums var iekļūt dūmos un atklāt toksiskas vai kaitīgas molekulas, tāpēc tai var būt nozīmīga loma vides monitoringā un aizsardzībā. Tiek ziņots, ka mūsu satelītiem ir uzstādīta THz vides monitoringa iekārta (2,5 gb, kas ražota, izmantojot CO2 lāzeri kā sūkņa avoti).

THz ir unikālas priekšrocības, piemērojot valsts drošību un terorisma apkarošanu

(1) izmantojot īpašumu, ka THz var iekļūt vielās, Lielbritānija vispirms izstrādāja THz kameru, un tā ir pārbaudīta lidostu drošības pārbaudes jomā ar labiem rezultātiem. Jo īpaši ORNL strādā ar Tennessee universitāti, izmantojot programmu "Caur sienām", kurā tiek izmantota THz attēlveidošana, lai iegūtu informāciju no ārpuses. Protams, šī metode ir nozīmīga valsts drošībā

Turklāt THz spektroskopijas izmantošana var ātri un efektīvi atklāt un identificēt narkotikas. Amerikas Savienotās Valstis ir veikušas tādus projektus kā THz spektroskopijas izmantošana pasta pārbaudīšanai, tostarp THz ķīmisko vielu un bioloģisko produktu noteikšana.

(2) THz ir arī liels potenciāls radara un sakaru lietojumprogrammās. Nav šaubu par THz milzīgo priekšrocību kosmosa sakaru jomā. Izpētīts THz atmosfēras logs (6. attēls). THz radaram ir īpaša funkcija anti-stealth. Turpmākajā ziņojumā aplūkota lieljaudas THz starojuma avotu problēma, kas ir sagatavota THz radaram un citiem. THz satelīta kosmosa attēlveidošanas un sakaru tehnoloģijas var būt svarīgas jomas, kas rada bažas par nākotnes pilnvarām.

(3) THz tiek izmantots, lai noteiktu iespējamo kosmosa pārvadātāja neveiksmi

Īsi pēc kosmosa šāviena Kolumbijas avārijas tika sniegta avārijas iemeslu analīze, pamatojoties uz videomateriālu no kosmosa šāviena palaišanas. Amerikāņu laboratorija ir veikusi eksperimentus. THz impulsa centra frekvence ir lTHz un joslas platums ir 3THz. Izmantojot vairākus eksperimentus, jo īpaši pēdējo veiksmīgo PAL ~ Ramp SOFI izolācijas putu slāņa noteikšanu, THz impulss var efektīvi nesabojāt kosmosa pārvadājumu kontroli. Mūsu kosmosa programmai noteikti būs vajadzīgas šādas tehnoloģijas.

THz zinātne un tehnoloģija ir jaunas paaudzes IT nozares pamats

(1) zinātnieki uzskata, ka THz ir ļoti konkurētspējīgs mūsdienu IT zinātnē, tehnoloģijā un rūpniecībā, kad tiek izstrādāti THz starojuma avoti un THz noteikšanas tehnoloģijas. Šis konkurss ir faktiski sācies.

(2) attīstot THz zinātni un tehnoloģiju, daudzi augsto tehnoloģiju uzņēmumi ir dzimuši, piemēram, Lielbritānijas Rultherford nacionālā laboratorija (Rutherford Appleton Lab (RAL)) un Eiropas Kosmosa aģentūra (ESA) 2002. gadā, izpildvaras Star Ti ger pēc plāna panākumiem, izveidojis kompāniju ThruVision, kas specializējas darbā, THz attēlveidošanas komercializācijai, ko rada pasīvā THz attēlveidošana, ir šādas īpašības: a. Pasīvai nav nepieciešama THz avota; B. Reāllaika attēlveidošana. Kembridžas universitāte ir izveidojusi TeraView Ltd, augsto tehnoloģiju uzņēmumu, ko sauc par Spinoff. Iesaistīts THz kameras izstrādē;

(3) Picometrix inkubēja Michigenas universitātē un Stanforda universitātē. Physicalscience Inc.; Calabazas Creek Res. Inc uzņēmumiem, piemēram,. Picometrix, kas atrodas Kalifornijā, uzdevums ir "nodot THz zinātni un tehnoloģijas valdības un universitātes LABS, lai tos varētu izmantot pētnieciskam darbam".

(4) Japānā ir arī daudzi uzņēmumi, kas ir iesaistījušies THz zinātnes un tehnoloģiju izpētē, izstrādē un komercializācijā, ieskaitot lieljaudas THz avotu. IT var redzēt, ka IT zonas jaunā paaudze, kas balstīta uz THz zinātni un tehnoloģijām, ir pakāpeniski veidojusies.

Pētījums par THz tehnoloģiju pati par sevi ir svarīgs temats

Piemēram, dažādu THz starojuma ģenerēšanas mehānisms, ļoti īsa impulsa THz izplatība un pārraide, mijiedarbība starp THz un vielu utt.

Tālāk ir aprakstītas dažas THz attēlveidošanas un THz spektra strukturālās struktūras. Viens no tiem ir JPL izstrādātā 150 mikronu THz attēlu blokshēma. THz attēlveidošanas un THz spektra izstrāde un pielietošana ir redzama no šīm blokshēmām.

Tajā pašā laikā arī var redzēt, ka, lai izveidotu THz attēlveidošanu un THz spektru, ir jāizpēta, kādas THz ierīces un komponenti, piemēram: THz avoti, THz noteikšana, sajaukšana, THz pārraide, rezonanses uc, lai izveidotu pilnīgu sistēmu THz attēlveidošanas un THz spektra. No nākamās sadaļas mēs apspriedīsim šīs ierīces un komponentus.