تكنولوجيا تيراهيرتز وتطبيقاتها

الأشعة السينية هي تقنية تستخدم موجات تيراهيرتز terahertz ، وهي ما يدعى بالعلوم تيراهيرتز terahertz ، لدراسة جزء من الموجة z الكهربائية التي يمكن أن "ترى الكثير". منذ أكثر من 100 عام ، تم ذكر terahertz في علم الفلك تحت الحمراء ، ولكن نادرا ما تم التطرق إليه في البحث العلمي والشؤون المدنية. في الميكروويف ، يتم استخدام الضوء المرئي وتكنولوجيا الأشعة تحت الحمراء على نطاق واسع ، والسبب الرئيسي لتطور terahertz المتخلفة يكمن في عدم وجود مكشاف ومصدر ، حتى السنوات ال 10 الأخيرة ، مع تحسين أساليب البحث ، والناس في البحث عن هذا المجال لديه تطوير أكبر. في الوقت الحاضر ، تطورت دراسة terahertz إلى حقل جديد ، ونمت دراسة terahertz من ثلاث وحدات قبل 20 عاما إلى أكثر من 200 وحدة في جميع أنحاء العالم.

موجات تيراهيرتز هي موجات كهرومغناطيسية ذات ترددات تتراوح بين 0.1THz إلى 10.0THz. لديها العديد من الخصائص البارزة وتصنف من قبل الولايات المتحدة باعتبارها واحدة من "أفضل 10 تكنولوجيات من شأنها أن تغير العالم في المستقبل." Terahertz spectroscopy ، terahertz imaging و terahertz الاتصال هي الاتجاهات البحثية الثلاثة الرئيسية. لديها تطبيقات مهمة في العديد من المجالات العلمية مثل فحص السلامة ، والكشف غير تدميري ، والفيزياء الفلكية ، والبيولوجيا ، والطب ، والفيزياء الجوية ، والبيئة البيئية والعلوم العسكرية. ويمكن أن يحقق صمام شوتكي ذو التردد العالي القطع الاختلاط والكشف ومضاعفة موجات تيراهيرتز في درجة حرارة الغرفة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تحقيق دارة تيراهيرتز على الركيزة منخفضة الخسارة هو أساس تقنية تيراهيرتز.

موجة THZ هي 10 ترددات ترددية THZ تتراوح من 0.1 طن إلى (من 3 مم إلى 30 um) من الطيف الكهرومغناطيسي ، ومن بين الموجة المليمترية والأشعة تحت الحمراء ، حتى الآن لم يتم إدراك الإنسان الكامل لموارد الطيف حتى الآن ، أن يكون على التواصل (اتصالات النطاق العريض ، والرادار ، والإجراءات المضادة الإلكترونية ، والأسلحة الكهرومغناطيسية تجلب تغييرات عميقة ، والتفتيش السلامة ، الخ

خصائص Terahertz الفريدة للاتصال (اتصالات النطاق العريض ، والرادار ، والإجراءات الإلكترونية المضادة ، والأسلحة الكهرومغناطيسية ، والفلك ، والتصوير الطبي (لا جينات علامة للفحص التصوير ، والمستوى الخلوي) ، والاختبار غير تدميري ، والتفتيش السلامة (الفحص البيوكيميائي) ، وغيرها من المجالات جلبت وبسبب التردد العالي للتيراهيرتز ، فإن استجابتها المكانية عالية أيضا ، ولديها أيضا دقة زمنية عالية بسبب نبضها القصير (حسب ترتيب البيكو ثانية) ، ويعتبر التصوير الطيفي Terahertz و terahertz طريقتين رئيسيتين لتطبيقات تيراهيرتز في نفس الوقت ، لأن terahertz صغير في الطاقة ولا يدمر المادة ، له ميزة على الأشعة السينية.وبالإضافة إلى ذلك ، بسبب ترددات الرنين الجزيئية البيولوجية و تردد تردد الدوران تكون في نطاق الموجات THZ ، لذلك فإن terahertz في اختيار الغذاء ، واختيار سلالات غرامة وغيرها من الصناعات الزراعية والصناعات الغذائية لديها تطبيق جيد ف rospect. تطبيق terahertz لا يزال في التطوير المستمر والبحوث ، ويتم التعرف على آفاقه العلمية الواسعة في جميع أنحاء العالم.

بعد أكثر من عقد من البحث ، اعترف المجتمع العلمي الدولي بعلوم وتكنولوجيا THz كواحد من الحدود المشتركة الهامة للغاية. يحتوي THz على دقة مكانية عالية بسبب تردده العالي (الطول الموجي أكثر من 1000 أصغر من الميكروويف). لأن النبضة قصيرة (الفيمتو ثانية) ، فإن للإشعاع THz دقة زمنية عالية. THZ التصوير و THZ التحليل الطيفي هما تقنيتان رئيسيتان في تطبيق THz. من ناحية أخرى ، طاقة THz صغيرة ، لا تدمر الأشياء ، لذلك لديها ميزة كبيرة على الأشعة السينية.

لا يمكن أن تحل تيراهيرتز محل الأشعة السينية ، ولكن لها بعض المزايا التي لا يمكن للأشعة السينية القيام بها. يمكن للأشعة السينية والموجات فوق الصوتية أن تجد الخطوط العريضة وحالة الكائن ، ولكنها لا تستطيع الكشف عن الخواص الكيميائية للجسم ، غير قادرة على تمييز الفرق بين المتفجرات والمخدرات ، ومع ذلك ، فإن terahertz لديها القدرة على مكافحة الإرهاب الدولي. أهمية كبيرة. حددت تيراهيرتز أكثر من 50 من مئات أنواع المتفجرات والألغام التي اخترعها البشر حالياً. يبلغ التطور الأخير حوالي 30 متراً ، ويستطيع تيراهيرتز رصد المتفجرات بدقة. بطبيعة الحال ، لا يمثل مسافة 30 مترا مسافة كبيرة ، ولكنها تعد من الأصول القيمة ، الفريدة بالمقارنة مع التدابير الأمنية الأخرى.

سوف تيراهيرتز في المستقبل توسيع نطاق التطبيق من الجوانب الأربعة التالية ، واحد هو دراسة خصائص المواد ، وخاصة جزيئات الضوء وأشباه الموصلات ، وخصائص بحوث الموصلية الفائقة في درجة حرارة عالية هو مجال التطبيق الطيفية تيراهيرتز من آخر ، والثاني هو THZ التصوير وتكنولوجيات التصوير المقطعي ، ثلاثة هي البحوث في مجال العلوم البيولوجية والطب ، بما في ذلك من تشخيص السرطان إلى التحليل الجيني ، الخ. وجدت الدراسة الأخيرة أن الناس يشربون القهوة في كثير من الأحيان إذا كانوا يجتمعون مع بعض الأدوية ، قد تصبح "السم "، واستخدام التكنولوجيا terahertz ، سيكون في علم الصيدلة ، التشخيص المبكر السرطان ، وما إلى ذلك ، من المحتمل انفراج جديد.

طرق جديدة وفعالة للبحث العلمي

(1) يتسم التصوير بالأشعة THZ والطيف THZ بتطبيقات بالغة الأهمية في الفيزياء والكيمياء والعلوم الطبية الحيوية وعلم الفلك وعلوم المواد والعلوم البيئية.

(2) لا يمكن فقط تصوير موجة THz ويمكن أن تكون بمثابة نوع من المسبار الخاص والفعال ، لإجراء بحث شامل للمواد داخل ، حول التركيب الفيزيائي الكيميائي والبيولوجي ، والخصائص الطيفية ، وعلامات THz ، وعملية التفاعل الكمي ، و معلومات هامة أخرى.

على سبيل المثال: استخدام THz البحوث CdSe ارتفاع درجة الدقة الضوئية التحول الكمومي الظاهرة ، والبحوث T02 نانومتر شعرية الناقل في عملية النقل ، والذرات مراقبة البحوث / جزيئات أي قفزة نوعية الإشعاع ، وما هي نتائج جديدة هامة قد تحققت. لقد تم تحقيق إنجازات عظيمة في البصريات الكمومية THz ، وتطبيقات الكومبيوتر الكمومية ، وإشعاع THz لأشباه الموصلات تحت المجالات المغناطيسية القوية.

استخدام قوة قوية يمكن أن يحفز الإشعاع THz عملية ديناميكية المواد غير الخطية الداخلية للذرات والجزيئات ، وبالتالي يمكن أن يدرس THz النبضي عالي القدرة الخواص غير الخطية للمواد على المستوى الجزيئي.

(3) تتميز THZ أيضًا بمزايا مهمة في اكتشاف البلازما. يمكن الكشف عن التوزيع المكاني للكثافة في درجة حرارة عالية وبلازما عالية الكثافة بواسطة الأشعة THz. تبرز THz التطبيق في البحوث الفلكية ، أنشأ العلماء في محطة القطب الجنوبي الفلكية المتنقلة ، وذلك باستخدام تلسكوب THZ لاحظت أن العديد من النجوم الجديدة الهامة ، لدراسة أصل الكون وتشكيل النجوم له أهمية كبيرة ، فإنه يستحق ذكر في أوائل عام 2005 في الصين ، أنشأ أيضا محطة أبحاث في القطب الجنوبي).

سوف تلعب تكنولوجيا THz دورًا مهمًا في تعزيز تنمية الاقتصاد الوطني

(1) تطبيق THz في العلوم الطبية الحيوية جذاب للغاية. في تشخيص وعلاج سرطان الجلد ، والكشف عن الحمض النووي ، والتطبيق الطبي لل THZ THZ التصوير خطأ ، تطبيق الكيمياء الحيوية THz ، وتحليل المخدرات والكشف ، وما إلى ذلك ، كل يدل على ميزاته القوية والنتائج.

يمكن إنشاء تقنية التشخيص الجزيئي الجزيئي THz على أساس دراسة خصائص البروتين والجين.

لذلك ، يمكن أن تعزز بشكل كبير تطوير البيولوجيا الجزيئية ، ولها فرصة تطبيق كبيرة في العلاج الطبي والبحث عن المخدرات وتحديد الهوية.

(2) نظرا لتواتر الدوران للجزئيات الجزيئية الاهتزازية والبيولوجية في نطاق الموجات THz ، ويمكن لتكنولوجيا الإشعاع THz استخراج المعلومات الهامة من الحمض النووي ، ونتيجة لذلك ، THz في النباتات ، وخاصة اختيار الغذاء ، واختيار سلالات ممتازة يمكن أن تلعب دورا هاما. في كلمة واحدة ، تعتبر العلوم والتكنولوجيا terahertz ذات أهمية كبيرة للزراعة وتجهيز الأغذية وغيرها من الصناعات.

THz لديها تطبيقات واسعة في الطب الحيوي. يوضح الشكل التالي تشخيص سرطان الجلد وتطبيقه في THz.

(3) يمكن للإشعاع THz اختراق الدخان والكشف عن الجزيئات السامة أو الضارة ، لذلك يمكن أن تلعب دورا هاما في مراقبة وحماية البيئة. يقال أن معدات المراقبة البيئية THz (2.5thz أنتجت باستخدام ليزر CO2 كمصادر مضخة) تم تركيبها على الأقمار الصناعية.

لدى THz مميزات فريدة في تطبيق الأمن القومي ومكافحة الإرهاب

(1) باستخدام الخاصية التي يمكن THz اختراق المواد ، طور البريطانيون أول كاميرا THz وتم اختبارها في مجال تفتيش أمن المطارات ، مع نتائج جيدة. على وجه الخصوص ، تعمل ORNL مع جامعة تينيسي في برنامج "عبر الجدار" ، الذي يستخدم تصوير THz للحصول على معلومات من الخارج. من الواضح أن هذه التقنية لها قيمة مهمة في الأمن القومي

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام التحليل الطيفي THz بسرعة وكفاءة الكشف عن المخدرات وتحديدها. نفذت الولايات المتحدة مشاريع مثل استخدام مطيافية THz لفحص البريد ، بما في ذلك الكشف عن المواد الكيميائية THz والمنتجات البيولوجية.

(2) تمتلك THz أيضًا إمكانات كبيرة في تطبيقات الرادار والاتصالات. ليس هناك شك في ميزة THz الضخمة في الاتصالات الفضائية. كما تم دراسة نافذة الغلاف THZ (الشكل 6). رادار THz لديه وظيفة خاصة في مكافحة التخلف. يتناول التقرير التالي مشكلة مصادر الإشعاع THz عالية القدرة ، والتي يتم إعدادها من أجل رادار THz وغيره. قد تكون تكنولوجيا التصوير والاتصالات الفضائية الفضائية THZ مجالات مهمة للقلق بالنسبة للقوى المستقبلية.

(3) يستخدم THz للكشف عن الفشل المحتمل للمكوك الفضائي

بعد وقت قصير من تحطم مكوك الفضاء كولومبيا ، تم تقديم تحليل لأسباب الحادث بناء على لقطات فيديو من إطلاق مكوك الفضاء. أجرى مختبر أمريكي تجارب. التردد المركزي لنبض THZ هو lTHz وعرض النطاق الترددي هو 3THz. من خلال عدد من التجارب ، لا سيما الكشف الناجح الأخير عن طبقة الرغوة العازلة PAL ~ Ramp SOFI ، يمكن لنبض THz أن يقوم بشكل فعال بتفتيش مكوك الفضاء غير المدمر. سوف يحتاج برنامجنا الفضائي بالتأكيد إلى هذه التكنولوجيا.

تعتبر THz العلوم والتكنولوجيا أساسًا لجيل جديد من صناعة تكنولوجيا المعلومات

(1) يتوقع العلماء أن تكون THz عالية القدرة على المنافسة في علوم وتكنولوجيا المعلومات والصناعة الحديثة بمجرد تطوير مصادر الإشعاع THz وتقنيات الكشف THz. هذه المسابقة بدأت بالفعل.

(2) مع تطوير العلوم والتكنولوجيا THz ، ولدت العديد من شركات التكنولوجيا الفائقة ، على سبيل المثال: المختبر البريطاني Rultherford الوطني (Rutherford Appleton Lab (RAL)) ووكالة الفضاء الأوروبية (ESA) في عام 2002 ، السلطة التنفيذية نجم تي جير بعد نجاح الخطة ، وإنشاء شركة شركة ThruVision ، المتخصصة في العمل ، والتسويق التجاري للتصوير THz المتقدمة THZ التصوير السلبي ، لديه الخصائص التالية: أ. السلبي لا يتطلب مصدر THz ؛ ب التصوير في الوقت الحقيقي. وقد أنتجت جامعة كامبردج شركة TeraView المحدودة ، وهي شركة للتكنولوجيا الفائقة تسمى Spinoff. شاركت في تطوير كاميرا THz ؛

(3) احتضنت Picometrix في جامعة ميشيغن وجامعة ستانفورد. Physicalscience Inc. كالابازاس كريك ريز. شركة شركات مثل. وقد تم تكليف Picometrix ، ومقرها في ولاية كاليفورنيا ، بـ "تسليم العلوم والتكنولوجيا THz إلى LABS الحكومية والجامعية حتى يمكن استخدامها في العمل البحثي".

(4) هناك أيضاً العديد من الشركات في اليابان ، التي تعمل في مجال البحث والتطوير والانتاج التجاري لعلوم وتكنولوجيا THz ، بما في ذلك مصدر THz العالي القدرة. يمكن ملاحظة أن جيلًا جديدًا من صناعة تكنولوجيا المعلومات المستندة إلى العلوم والتكنولوجيا THz قد بدأ يتشكل بشكل تدريجي.

تعتبر دراسة تكنولوجيا THz نفسها موضوعًا مهمًا

مثل آلية توليد مختلف إشعاعات THz وانتشارها وانتقالها من النبضة THz النبضية القصيرة جداً والتفاعل بين THz والمادة وما إلى ذلك.

فيما يلي بعض المخططات الهيكلية الهيكلية للتصوير THz والطيف THz. واحد منهم هو مخطط كتلة صورة THz 150 ميكرون وضعت من قبل JPL. يمكن رؤية تطوير وتطبيق THz التصوير والطيف THz من هذه الرسوم البيانية للكتلة.

في نفس الوقت يمكن أن نرى أنه من أجل إنشاء THz يحتاج تصوير THZ والطيف لدراسة ما THz الأجهزة والمكونات ، مثل: مصادر THz ، والكشف THz ، والاختلاط ، انتقال THz ، الرنين ، وما إلى ذلك ، لتشكيل نظام كامل من THZ التصوير و THz الطيف. من القسم التالي ، سنناقش هذه الأجهزة والمكونات.