La tecnología Terahertz y su aplicación

T-ray es una técnica que usa ondas de terahercios, la llamada ciencia de terahercios, para estudiar un segmento de una onda z eléctrica que puede "ver a través" mucho. Hace más de 100 años, los terahercios fueron mencionados en la astronomía infrarroja, pero raramente se mencionaban en investigaciones científicas y asuntos civiles. En el microondas, la luz visible y la tecnología infrarroja es ampliamente utilizado, la razón principal del retraso del desarrollo de terahercios se encuentra en la falta de detector y fuente, hasta los últimos 10 años, con la mejora de los métodos de investigación, las personas en la investigación de este campo tiene un desarrollo más grande. En la actualidad, el estudio de terahercios se ha convertido en un nuevo campo, y el estudio de terahercios ha crecido de tres unidades hace 20 años a más de 200 unidades en todo el mundo.

Las ondas de Terahertz son ondas electromagnéticas con frecuencias que van desde 0.1THz a 10.0THz. Tiene muchas propiedades sobresalientes y Estados Unidos lo califica como una de las "10 principales tecnologías que cambiarán el mundo del futuro". La espectroscopia de Terahertz, la formación de imágenes de terahercios y la comunicación con terahercios son las tres principales direcciones de investigación. Tiene aplicaciones importantes en muchos campos científicos, como inspección de seguridad, detección no destructiva, astrofísica, biología, medicina, física atmosférica, ecología ambiental y ciencia militar. El diodo Schottky con alta frecuencia de corte puede realizar la mezcla, detección y duplicación de ondas de terahercios a temperatura ambiente. Además, la realización del circuito de terahercios en sustrato de baja pérdida es la base de la tecnología de terahercios.

La onda THZ tiene un rango de frecuencia de 10 THZ de 0.1 T a (en 3 mm de longitud de onda a 30 um) del espectro electromagnético, entre ondas milimétricas y luz infrarroja, hasta ahora no se conoce completamente la utilización humana de los recursos del espectro. estar en comunicación (comunicaciones de banda ancha, radar, contramedidas electrónicas, armas electromagnéticas traer cambios profundos, inspección de seguridad, etc.

Las propiedades únicas de Terahertz para la comunicación (comunicaciones de banda ancha, radar, contramedidas electrónicas, armas electromagnéticas, astronomía, imágenes médicas (sin genes marcadores de examen de imágenes, un nivel celular), pruebas no destructivas, inspección de seguridad (examen bioquímico) y otros campos han llevado al influencia profunda. Debido a la alta frecuencia de los terahercios, su resolución espacial también es alta. También tiene una alta resolución de tiempo debido a su pulso corto (del orden del picosegundo). Imágenes de Terahertz y espectroscopía de terahercios son dos tecnologías clave para aplicaciones de terahercios Al mismo tiempo, debido a que el terahercios es pequeño en energía y no destruye la materia, tiene una ventaja sobre los rayos X. Además, debido a la frecuencia de resonancia de las macromoléculas biológicas y la frecuencia de rotación, la banda de onda THZ, entonces los terahercios en la selección de alimentos, la elección de cepas finas y otra industria agrícola y de procesamiento de alimentos tiene una buena aplicación p Rospect La aplicación de terahercios todavía se encuentra en constante desarrollo e investigación, y su vasta perspectiva científica es reconocida en todo el mundo.

Después de más de una década de investigación, la comunidad científica internacional ha reconocido a la ciencia y la tecnología como una frontera transversal muy importante. THz tiene una alta resolución espacial debido a su alta frecuencia (la longitud de onda es más de 1000 más pequeña que el microondas). Debido a que el pulso es corto (femtosegundo), la radiación THz tiene una resolución temporal alta. La imagen y la espectroscopia THz son dos tecnologías clave en la aplicación THz. Por otro lado, la energía de THz es pequeña, no destruye las cosas, por lo que tiene una gran ventaja sobre los rayos X.

Terahertz no puede reemplazar los rayos X, pero tiene algunas ventajas que los rayos X no pueden. Los rayos X y el ultrasonido pueden encontrar el contorno y el estado del objeto, pero no pueden detectar las propiedades químicas del objeto, no pueden distinguir la diferencia entre los explosivos y las drogas, los terahercios, sin embargo, tienen la capacidad, la lucha internacional contra el terrorismo es de gran significado. Terahertz ha identificado más de 50 de los cientos de tipos de explosivos y minas actualmente inventados por humanos. El último desarrollo es de alrededor de 30 metros, y los terahercios pueden detectar el explosivo con precisión. Por supuesto, 30 metros no es una gran distancia, pero es un activo valioso, único en comparación con otras medidas de seguridad.

Terahercios futuro ampliará el alcance de la aplicación de los siguientes cuatro aspectos, uno es el estudio de las propiedades del material, especialmente las moléculas de luz y semiconductor, las características de la investigación de superconductor de alta temperatura es el campo de aplicación de espectroscopia de terahercios de otro, el segundo es la imagen THZ y la tecnología de imagen ct, tres es la investigación en el campo de la ciencia y la medicina biológicas, que incluye desde el diagnóstico del cáncer hasta el análisis genético, etc. El último estudio encontró que las personas a menudo beben café si se encuentran con ciertas drogas, puede convertirse en un "veneno" ", y el uso de la tecnología de terahercios, estará en la farmacología, el diagnóstico precoz del cáncer, etc., probablemente un nuevo avance.

Nuevos y poderosos nuevos métodos de investigación científica

(1) Las imágenes THz y la espectroscopía THz tienen aplicaciones extremadamente importantes en física, química, ciencias biomédicas, astronomía, ciencia de los materiales y ciencias ambientales.

(2) la formación de imágenes de onda THz no solo puede servir como una especie de sonda especial y efectiva, para llevar a cabo una investigación exhaustiva del material interno, sobre la composición física química y biológica, las características espectrales, los marcadores THz, el proceso de interacción cuántica y otra información importante.

Por ejemplo: utilizando el fenómeno de transición cuántica óptica de alta resolución CdSe de investigación Thz, investigación portadora de malla nanométrica Ti02 en el proceso de transporte, y átomos / moléculas de control de investigación sin salto cuántico de radiación, etc. son importantes los nuevos resultados que se han logrado. Se han logrado grandes logros en THz óptica cuántica, aplicaciones informáticas cuánticas y radiación THz de semiconductores bajo campos magnéticos potentes.

Use una potencia fuerte La radiación THz puede estimular el proceso de dinámica no lineal del material interno de los átomos y las moléculas, y por lo tanto, el THz de impulsos ultracortos de alta potencia puede estudiar las características no lineales del material a nivel molecular.

(3) THz también tiene ventajas importantes en la detección de plasma. La distribución espacial de la densidad en plasma de alta temperatura y alta densidad puede detectarse mediante radiación THz. THz se destaca de la aplicación en la investigación astronómica, los científicos en la estación del Polo Sur configurar un móvil astronómico, utilizando telescopios THz observó que muchas nuevas estrellas importantes, para estudiar el origen del universo y la formación de estrellas tiene un significado importante, vale la pena mencionando a principios de 2005 en China, también estableció una estación de investigación en la Antártida).

La tecnología THz tendrá un papel importante en la promoción del desarrollo de la economía nacional

(1) la aplicación de THz en la ciencia biomédica es muy atractiva. En el diagnóstico y tratamiento del cáncer de piel, la detección de ADN, la aplicación médica de la falla de THz THz, la bioquímica aplicada, el análisis y la detección de drogas, etc., muestran sus potentes características y resultados.

La tecnología de diagnóstico biomolecular de THz se puede establecer sobre la base del estudio de las características proteicas y genéticas.

Por lo tanto, puede promover en gran medida el desarrollo de la biología molecular, y tiene una gran perspectiva de aplicación en el tratamiento médico y la investigación y la identificación de drogas.

(2) debido a la frecuencia de rotación de la vibración y macromoléculas biológicas en la banda de ondas THz, y la tecnología de radiación THz puede extraer la información importante del ADN, como resultado, THz en plantas, especialmente la selección de alimentos, la elección de cepas excelentes puede jugar un papel importante. En una palabra, la ciencia y la tecnología de terahercios son de gran importancia para la agricultura, el procesamiento de alimentos y otras industrias.

THz tiene amplias aplicaciones en biomedicina. La siguiente figura muestra el diagnóstico y la aplicación del cáncer de piel en THz.

(3) La radiación THz puede penetrar el humo y detectar moléculas tóxicas o dañinas, por lo que puede desempeñar un papel importante en la vigilancia y protección del medio ambiente. Se informa que se han instalado en nuestros satélites equipos de monitoreo ambiental THz (2.5thz producidos utilizando láseres de CO2 como fuentes de bombeo).

THz tiene ventajas únicas en la aplicación de la seguridad nacional y la lucha contra el terrorismo

(1) utilizando la propiedad de que THz puede penetrar sustancias, los británicos desarrollaron primero la cámara THz y se han probado en el campo de la inspección de seguridad de aeropuertos, con buenos resultados. En particular, ORNL está trabajando con la universidad de Tennessee en el programa Through Wall Program, que utiliza imágenes THz para obtener información del exterior. Obviamente, esta técnica tiene un valor importante en la seguridad nacional

Además, el uso de la espectroscopia THz puede detectar e identificar rápida y efectivamente los medicamentos. Los Estados Unidos han llevado a cabo proyectos tales como el uso de la espectroscopia THz para verificar el correo, incluida la detección de productos químicos y biológicos del THz.

(2) THz también tiene un gran potencial en aplicaciones de radar y comunicaciones. No hay dudas sobre la gran ventaja de THz en las comunicaciones espaciales. La ventana atmosférica de THz también se ha estudiado (figura 6). THz radar tiene una función especial en anti-sigilo. El siguiente informe aborda el problema de las fuentes de radiación THz de alta potencia, que están preparadas para el radar THz y otros. La tecnología de imagen y comunicación del espacio satelital THS puede ser una importante área de preocupación para las potencias futuras.

(3) THz se usa para detectar posibles fallas del transbordador espacial

Poco después del accidente del transbordador espacial Columbia, se presentó un análisis de las causas del accidente a partir del video del lanzamiento del transbordador espacial. Un laboratorio estadounidense ha llevado a cabo experimentos. La frecuencia central del pulso THz es lTHz y el ancho de banda es 3THz. A través de una serie de experimentos, especialmente la reciente detección exitosa de la capa de espuma aislante PAL ~ Ramp SOFI, el pulso THz puede efectivamente realizar una inspección no destructiva del transbordador espacial. Nuestro programa espacial ciertamente necesitará dicha tecnología.

THz ciencia y tecnología es la base de una nueva generación de industria de TI

(1) los científicos esperan que THz sea altamente competitivo en la ciencia, tecnología e industria modernas de TI una vez que se desarrollen las fuentes de radiación THz y las tecnologías de detección de THz. Esta competencia realmente ha comenzado.

(2) con el desarrollo de la ciencia y la tecnología de THz, han nacido muchas empresas de alta tecnología, por ejemplo: el laboratorio nacional británico Rultherford (Rutherford Appleton Lab (RAL)) y la agencia espacial europea (ESA) en 2002, el ejecutivo Star Tiger después del éxito del plan, creó una empresa ThruVision, especializada en el trabajo, la comercialización de la imagen THz desarrollada por Thz Imaging pasiva, tiene las siguientes características: a. Pasivo no requiere THz fuente; B. Imagen en tiempo real. La universidad de Cambridge ha generado TeraView Ltd, una empresa de alta tecnología llamada Spinoff. Comprometido en el desarrollo de la cámara THz;

(3) Picometrix se incubó en la universidad de Michigen y la Universidad de Stanford. Physicalscience Inc.; Calabazas Creek Res. Inc. Empresas como. Picometrix, con sede en California, tiene la tarea de "entregar la ciencia y la tecnología de THz a LABS del gobierno y la universidad para que puedan ser utilizados para el trabajo de investigación".

(4) también hay muchas empresas en Japón, que se han dedicado a la investigación, el desarrollo y la comercialización de la ciencia y la tecnología de THz, incluida la fuente de THz de alta potencia. Se puede ver que una nueva generación de industria de TI basada en la ciencia y tecnología de THz ha comenzado a tomar forma gradualmente.

El estudio de la tecnología THz en sí es un tema importante

Tales como el mecanismo de generación de varias radiaciones de THz, propagación y transmisión de THz de pulso ultracorto, interacción entre THz y materia, etc.

A continuación se muestran algunos diagramas de bloques estructurales de imágenes THz y espectro THz. Uno de ellos es un diagrama de bloques de imágenes THz de 150 micras desarrollado por JPL. El desarrollo y la aplicación del espectro de THz y de THz puede verse a partir de estos diagramas de bloques.

Al mismo tiempo, también se puede ver que para establecer la imagen THz y el espectro de THz es necesario estudiar qué THz dispositivos y componentes, tales como: fuentes de THz, detección de THz, mezcla, transmisión THz, resonante, etc., para formar un sistema completo de imágenes THz y espectro THz. En la siguiente sección, discutiremos estos dispositivos y componentes.