Terahertz-teknologia ja sen soveltaminen

T-säde on tekniikka, jossa käytetään terahertsi-aaltoja eli ns. Terahertz-tieteenalaa, tutkimaan sähköisen z-aaltosegmentin osaa, joka voi "nähdä" paljon. Yli 100 vuotta sitten infrapunatutkimuksessa mainittiin terahertsi, mutta sitä harvoin kosketti tieteellistä tutkimusta ja siviiliasioita. Mikroaaltouunissa näkyvää valoa ja infrapunatekniikkaa käytetään laajalti, pääasiallinen syy terahertsin jäljessä olevaan kehitykseen on ilmaisimen ja lähteen puute, viimeisten kymmenen vuoden ajan tutkimusmenetelmien parantamisen myötä. alalla on suurempi kehitys. Tällä hetkellä terahertsin tutkimus on kehittynyt uudeksi alaksi, ja terahertsin tutkimus on kasvanut kolmesta yksiköstä 20 vuotta sitten yli 200 yksikköön maailmanlaajuisesti.

Terahertz-aallot ovat sähkömagneettisia aaltoja, joiden taajuudet vaihtelevat välillä 0.1Tz - 10.0THz. Siinä on monia erinomaisia ominaisuuksia, ja Yhdysvallat on luokitellut sen yhdeksi "top 10 -teknologiasta, joka muuttaa tulevaisuuden maailmaa". Terahertsin spektroskopia, terahertsin kuvantaminen ja terahertsin viestintä ovat kolme suurta tutkimussuunnitelmaa. Sillä on tärkeitä sovelluksia monilla tieteellisillä aloilla, kuten turvallisuustarkastuksessa, ei-vaurioitumisessa, astrofysiikassa, biologiassa, lääketieteessä, ilmakehän fysiikassa, ympäristöekologiassa ja armeijan tiede. Schottky-diodi, jolla on korkea katkaisutaajuus, voi toteuttaa terahertsi-aaltojen sekoittumisen, havaitsemisen ja kaksinkertaistamisen huoneenlämmössä. Lisäksi terahertsin piirin toteutus alhaisen tappion substraatilla on terahertsitekniikan perusta.

THZ-aalto on 10 THZ: n taajuusaluetta 0,1 t (3 mm: n aallonpituus-30 um) sähkömagneettisesta spektristä, millimetri-aallon ja infrapunavalon välinen etäisyys ei toistaiseksi ole vielä täysin ihmiskäsitys ja taajuusresurssien käyttö olla viestinnässä (laajakaistaviestintä, tutka, sähköiset vastatoimet, sähkömagneettiset aseet aiheuttavat syvällisiä muutoksia, turvallisuustarkastuksia jne.

Terahertsin ainutlaatuiset viestinnän ominaisuudet (laajakaistaviestintä, tutka, elektroniset vastatoimet, sähkömagneettiset aseet, tähtitiede, lääketieteellinen kuvantaminen (ei merkkiaineita kuvantamistutkimuksella, solutasotaso), ei-räjähtävä testaus, turvatarkastus (biokemiallinen tutkimus) ja muut alat ovat tuoneet (Terahertsin kuvantamis- ja terahertsaspektroskopia ovat kaksi keskeistä teknologiaa terahertz-sovelluksille.) Terahertsin korkean taajuuden takia sen spatiaalinen resoluution on myös korkea, ja sen lyhyen pulssin (pikosekunnin järjestyksessä) Samalla, koska terahertsi on pieni energiaa eikä tuhoa ainetta, sillä on etulyöntiasema verrattuna röntgensäteisiin. Lisäksi biologisten makromolekyylien värähtely- ja kiertotaajuuden resonanssitaajuudet ovat THZ-aaltoalueella, joten terahertsin elintarvikkeiden valinnassa hienojen kantojen ja muiden maatalous- ja elintarviketeollisuuden valinta on hyvä rospect. Terahertsin käyttö on edelleen jatkuvaa kehitystä ja tutkimusta, ja sen laaja tieteellinen näkemys tunnustetaan maailmanlaajuisesti.

Yli kymmenen vuoden kokemuksen jälkeen kansainvälinen tiedeyhteisö on tunnustanut THz-tiede ja teknologian erittäin tärkeänä rajatylittävänä raja-alueena. THz: llä on korkea spatiaalinen resoluution, koska sen korkea taajuus (aallonpituus on yli 1000 pienempi kuin mikroaaltouuni). Koska pulssi on lyhyt (femtosekunnin), THz-säteilyllä on korkea ajallinen resoluutio. THz-kuvantaminen ja THz-spektroskopia ovat kaksi avainteknologiaa THz-sovelluksessa. Toisaalta THz: n energia on pieni, se ei tuhoa asioita, joten sillä on suuri etu verrattuna röntgensäteisiin.

Terahertz ei voi korvata röntgenkuvauksia, mutta sillä on joitain etuja, joita röntgensäteet eivät pysty. Röntgentutkimus ja ultraääni voivat löytää kohteen ääriviivan ja tilan, mutta se ei pysty havaitsemaan esineen kemiallisia ominaisuuksia, koska se ei pysty erottamaan räjähteiden ja lääkkeiden välistä eroa. Terahertsillä on kuitenkin kyky, kansainvälinen terrorismin vastainen taistelu on suuri merkitys. Terahertz on tunnistanut yli 50 satoja räjähteitä ja miinoja, joita ihmiset tällä hetkellä keksivät. Viimeisin kehitys on noin 30 metriä, ja terahertz kykenee havaitsemaan räjähdyksen tarkasti. Tietenkin 30 metriä ei ole suurta etäisyyttä, mutta se on arvokas arvo, ainutlaatuinen verrattuna muihin turvatoimiin.

Tulevaisuuden terahertsi laajentaa sovelluksen soveltamisalaa seuraavien neljän näkökohdan, joista toinen on materiaalin ominaisuuksien, erityisesti valomolekyylien ja puolijohdinten, tutkiminen, korkean lämpötilan suprajohtajan tutkimuksen ominaisuudet ovat toisen terahertsin spektroskopian sovelluskenttä, toinen on THZ-kuvantaminen ja ct-kuvantamistekniikka, kolme on biologisen tieteen ja lääketieteen tutkimus, mukaan lukien syövän diagnosointi, geneettinen analyysi jne. Viimeisimmän tutkimuksen mukaan ihmiset usein juovat kahvia, jos he kohtaavat tiettyjä lääkkeitä, siitä voi tulla "myrkkyä "ja terahertsitekniikan käyttö, ovat farmakologiassa, syövän varhaisessa diagnoosissa jne., todennäköisesti uusi läpimurto.

Uudet ja tehokkaat uudet tieteellisen tutkimuksen menetelmät

(1) THz-kuvantaminen ja THz-spektroskopia ovat äärimmäisen tärkeitä sovelluksia fysiikassa, kemianteollisuudessa, biolääketieteessä, tähtitieteessä, materiaalitieteessä ja ympäristötutkinnossa.

(2) paitsi THz-aallon kuvantaminen ja se voi toimia eräänlaisena erityisenä ja tehokkaana koettimena perusteellisen tutkimuksen tekemiseksi materiaalin sisälle, fysikaalisesta kemiallisesta ja biologisesta koostumuksesta, spektriominaisuuksista, THz-markkereista, kvantti vuorovaikutusprosessista ja muita tärkeitä tietoja.

Esimerkiksi: käyttämällä THz-tutkimus-CdSe-korkean aikaraportin optisen kvanttimuunnoksen ilmiötä, tutkimus Ti02-nanometrin hila-alustaan kuljetusprosessissa ja tutkimushallintaatomien / molekyylien säteilyn kvanttihyppy jne. Ovat tärkeitä uusia tuloksia. THz-kvanttioptiikassa, kvanttikoneohjelmissa ja puolijohteiden THz-säteilyssä on saavutettu suuria saavutuksia voimakkaiden magneettikenttien alla.

Käytä voimakasta tehoa. THz-säteily voi edistää atomien ja molekyylien sisäisen materiaalin epälineaarista dynamiikkaprosessia, ja siten suuritehoinen ultrashort-pulssi THz voi tutkia materiaalin epälineaarisia ominaisuuksia molekyylitasolla.

(3) THz: llä on myös tärkeitä etuja plasman havaitsemisessa. Tiheyden spatiaalinen jakautuminen korkeassa lämpötilassa ja suuritiheyksisessä plasmassa voidaan havaita THz-säteilyllä. THz erottuu sovelluksesta tähtitieteellisessä tutkimuksessa, tutkijat South Pole -asemalla perustivat liikkuvan astronomisen, käyttäen THz-teleskooppeja havaittuaan, että monet tärkeät uudet tähdet, tutkia maailmankaikkeuden alkuperää ja tähtien muodostumista on tärkeä merkitys, se kannattaa mainitaan vuoden 2005 alkupuolella Kiinassa, perustettiin myös tutkimuspaikka Etelämantereella).

THz-teknologialla on tärkeä rooli kansantalouden kehityksen edistämisessä

(1) THz: n soveltaminen biolääketieteessä on erittäin houkutteleva. Ihosyövän diagnosoinnissa ja hoidossa DNA: n havaitseminen, THz THz -kuvausvirheen lääketieteellinen käyttö, THz: n käyttämät biokemia, huumeiden analysointi ja havaitseminen jne., Kaikki osoittavat sen voimakkaita piirteitä ja tuloksia.

THz biomolekulaarinen diagnoosintekniikka voidaan määrittää perustuen proteiinin ja geenien ominaisuuksiin.

Siksi se voi edistää merkittävästi molekyylibiologian kehitystä ja sillä on suuri sovellusmahdollisuus lääketieteellisessä hoidossa ja lääketutkimuksessa ja tunnistamisessa.

(2) tärinän ja biologisten makromolekyylien pyörimisnopeuden vuoksi THz-aaltoalueella, ja THz-säteilytekniikka voi erottaa DNA: n tärkeät tiedot, minkä seurauksena THz kasveissa, erityisesti elintarvikkeiden valinta, erinomaisten kantojen valinta voi olla tärkeä rooli. Sanalla terahertz-tiede ja teknologia ovat erittäin tärkeitä maataloudelle, elintarviketeollisuudelle ja muille teollisuudenaloille.

THz: llä on laaja sovellus biolääketieteessä. Seuraava kuva esittää ihosyövän diagnoosia ja levittämistä THz: ssä.

(3) THz-säteily voi tunkeutua savuun ja havaita myrkyllisiä tai haitallisia molekyylejä, joten se voi olla tärkeä rooli ympäristön seurannassa ja suojelussa. On raportoitu, että meille satelliiteille on asennettu THz-ympäristön valvontalaitteita (2.5thz, joka on tuotettu CO2-lasereilla pumpun lähteinä).

THz: llä on ainutlaatuiset edut kansallisen turvallisuuden ja terrorismin vastaisen toiminnan soveltamisessa

(1) käyttämällä ominaisuutta, jonka THz voi tunkeutua aineisiin, brittiläiset kehittivät ensin THz-kameran ja se on testattu lentoasemien turvallisuustarkastuksen alalla hyvien tulosten perusteella. Erityisesti ORNL työskentelee Tennessee-yliopiston kanssa Seinä-ohjelmaan, joka USES THz -kuvantaminen saa tietoa ulkopuolelta. Ilmeisesti tämä tekniikka on tärkeä arvo kansallisessa turvallisuudessa

Lisäksi THz-spektroskopian käyttö voi nopeasti ja tehokkaasti havaita ja tunnistaa lääkkeitä. Yhdysvallat on toteuttanut hankkeita, kuten THz-spektroskopian käyttöä postin tarkastamiseen, mukaan lukien THz-kemikaalien ja biologisten tuotteiden havaitseminen.

(2) THz: llä on myös suuri potentiaali tutka- ja viestintäsovelluksissa. Ei ole epäilystäkään THz: n valtavastä eduista avaruustekniikassa. Myös THz: n ilmakehän ikkunaa on tutkittu (kuvio 6). THz-tutulla on erityistoiminto anti-stealth-toiminnoissa. Seuraava raportti käsittelee THz-radareille ja muille valmistautuneille suuritehoisille THz-säteilylähteille aiheutuvaa ongelmaa. Satelliitti-avaruus- ja viestintätekniikka voivat olla tärkeitä tulevia toimivaltuuksia.

(3) THz: tä käytetään avaruussukkulan mahdollisen vian havaitsemiseen

Pian avaruussukkulaisen Columbian kaatumisen jälkeen esitteli analyysi onnettomuuksien syistä, jotka perustuivat videomateriaaliin avaruussukkulaajennuksen käynnistämisestä. Amerikkalainen laboratorio on suorittanut kokeita. THz-pulssi keskitaajuus on lTHz ja kaistanleveys on 3THz. Useiden kokeiden, erityisesti viimeaikaisen PAL-rampin SOFI-eristysvaahtokerroksen, onnistuneen havaitsemisen jälkeen THz-pulssi voi tehokkaasti tuhota avaruussukkulan tarkastuksen. Avaruusohjelmamme tarvitsee varmasti tällaisen tekniikan.

THz tiede ja teknologia ovat uuden sukupolven IT-alan perusta

(1) tutkijat odottavat THz: n olevan erittäin kilpailukykyinen nykyaikaisessa tietotekniikassa, teknologiassa ja teollisuudessa, kun THz-säteilylähteet ja THz-tunnistusteknologiat kehitetään. Tämä kilpailu on todella alkanut.

(2) THz-tieteen ja -teknologian kehittämisessä on syntynyt monia high-tech-yrityksiä, esimerkiksi British Rultherfordin kansallisen laboratorion (Rutherford Appleton Lab (RAL)) ja Euroopan avaruusjärjestö (ESA) vuonna 2002, Star Ti ger onnistumisen jälkeen suunnitelma, perustaa yritys ThruVision yritys, joka on erikoistunut työhön, kaupallistaminen THz kuvantaminen kehitetty passiivinen THz kuvantaminen, on seuraavat ominaisuudet: a. Passiivinen ei vaadi THz-lähdettä; B. Reaaliaikainen kuvantaminen. Cambridge-yliopisto on saanut Spinaffista korkean teknologian yrityksen TeraView Ltd: n. Sitoutunut THz-kameran kehittämiseen;

(3) Picometrixia inkuboitiin Michigenin ja Stanfordin yliopiston yliopistossa. Physicalscience Inc.; Calabazas Creek Res. Inc. Yritykset kuten. Picometrix, jonka kotipaikka on Kaliforniassa, on velvollinen käsittelemään THz-tieteen ja tekniikan hallitukselle ja yliopistolle, jotta heitä voidaan käyttää tutkimustoimintaan.

(4) Japanissa on myös monia yrityksiä, jotka ovat harjoittaneet THz: n tieteen ja teknologian tutkimusta, kehittämistä ja kaupallistamista, mukaan lukien suuritehoinen THz-lähde. Tietenkin voidaan nähdä, että uuden sukupolven tietotekniikkateollisuus perustuu THz tiede ja teknologia on alkanut muotoa asteittain.

Itse THz-teknologian tutkimus on tärkeä aihe

Tällaisia ovat erilaisten THz-säteilyn generointimekanismi, ultra-lyhyt pulssin THz eteneminen ja lähetys, THz: n ja aineen välinen vuorovaikutus jne.

Seuraavassa on joitain rakenteellisia lohkokaavioita THz-kuvantamis- ja THz-spektristä. Yksi niistä on JPL: n kehittämä 150 mikrometrin THz-kuvan lohkokaavio. Näiden lohkokaavioiden avulla voidaan nähdä THz-kuvantamisen ja THz-spektrin kehittäminen ja soveltaminen.

Samalla näkee myös, että THz-kuvantamisen ja THz-spektrin tarvetta selvittää, mitä THz-laitteita ja komponentteja, kuten THz-lähteitä, THz-tunnistusta, sekoittumista, THz-lähetystä, resonanssia jne., Muodostavat täydellisen järjestelmän THz-kuvantamisen ja THz-spektrin. Seuraavasta osasta keskustelemme näistä laitteista ja komponenteista.