Terahertz texnologiyasi va uni qo'llash

T-nur terahertz to'lqinlari, terahertz fani deb ataladigan, elektrotexnika z-to'lqinining bir qismini o'rganish uchun ishlatiladigan texnikadir. Bundan 100 yil muqaddam Terahertz infraqizil astronomiyada eslab o'tilgan, ammo ilmiy tadqiqotlarda va fuqarolik ishlarida kamdan-kam holatlar mavjud edi. Mikroto'lqinlarda paydo bo'ladigan yorug'lik va infraqizil texnologiyalar keng tarqalgan bo'lib qo'llaniladi, teraxertning kechikishli rivojlanishining asosiy sababi so'nggi 10 yilga qadar detektor va manba etishmasligidan kelib chiqadi, tadqiqot usullarini takomillashtirish, sohada katta rivojlanish mavjud. Terahertzni o'rganish bugungi kunda yangi maydonga aylandi va Terahertzni o'rganish 20 yil avval butun dunyodagi 200 dan ortiq bo'linmaga uchta birlikdan iborat bo'ldi.

Terahertz to'lqinlari 0,1 dan 10,0 gacha bo'lgan chastotali elektromagnit to'lqinlar. U juda ko'p ajoyib xususiyatlarga ega va AQSh tomonidan "kelajak dunyoni o'zgartiradigan eng yaxshi 10 texnologiya" dan biri sifatida baholanadi. Terahertz spektroskopiyasi, teragerz tomografiyasi va terahertz aloqasi uchta asosiy yo'nalish hisoblanadi. Xavfsizlik tekshiruvi, tahdidlarni aniqlash, astrofizika, biologiya, tibbiyot, atmosfera fizikasi, atrof-muhit ekologiyasi va harbiy fanlar kabi ko'plab ilmiy sohalarda muhim amaliy dasturlar mavjud. Yuqori chastotali chastotaga ega bo'lgan Schottky diode terahertz to'lqinlarning aralashtirish, aniqlash va ikki barobarini xona haroratida amalga oshirishi mumkin. Bundan tashqari, pastki zaif substratda terahertz o'chirishni amalga oshirish terahertz texnologiyasining asosi hisoblanadi.

THZ to'lqinlari elektromagnit spektrning 0,1 t dan (3 mm gacha to'lqin uzunligi 30 gacha), u millimetr to'lqinlar va infraqizil nurlar o'rtasida 10 THZ chastota diapazonidir, shuning uchun hozirgacha to'liq inson tanasi va spektr resurslaridan foydalanish kutilmaydi (keng polosali aloqa, radar, elektron qarshi choralar, elektromagnit qurollar chuqur o'zgarishlar, xavfsizlikni tekshirish va boshqalar.)

Teraxertzning aloqa uchun keng tarqalgan xususiyatlari (keng polosali aloqa, radar, elektron qarshi choralar, elektromagnit qurol, astronomiya, tibbiy tasvirlash (ko'rishni tekshirishning marker genlari, hujayra darajasi), buzilmaydigan sinov, xavfsizlikni tekshirish (biokimyoviy tekshirish) va boshqa sohalar Terahertzning yuqori chastotasi tufayli uning kengayish darajasi ham yuqori bo'lib, qisqa muddatli pulsning (pikoseksandalik tartibida) yuqori vaqtni aniqlaydi Terahertzni ko'rish va terahertz spektroskopiyasi Terahertz ilovalari uchun ikkita muhim texnologiyalardir Shu bilan birga terahertz energetik jihatdan kichkina va moddani yo'q qilmagani uchun x-nurlaridan ustunlik qiladi.Bundan tashqari, biologik makromolekulyarlik tufayli vibratsiyali va aylanish chastotasi rezonans chastotalari THZ to'lqinlar bandligida bo'ladi, shuning uchun terahertz Oziq-ovqat mahsulotlarini tanlashda nozik shtamplar va boshqa qishloq xo'jaligi va oziq-ovqat sanoatini tanlash yaxshi dasturga ega rospect. Terahertzni qo'llash hali ham doimiy rivojlanish va izlanishda davom etmoqda va uning keng ilmiy istiqbollari butun dunyoda tan olinadi.

Tadqiqotlar o'n yildan ortiq vaqt o'tgach, xalqaro ilmiy hamjamiyatlar, ilm-fan va texnologiyalarni juda keskin chegaralar sifatida tan oldilar. THz uning yuqori chastotasi (to'lqin uzunligi mikroto'lqinli pechga qaraganda 1000dan kattaroq) tufayli yuqori darajada kenglikda bo'ladi. Pulse qisqa (femtosecond) bo'lgani uchun, THz radiatsiyasi yuqori temporal rezusga ega. THz tomografiya va THz spektroskopiyasi THz dasturida ikkita asosiy texnologiyalardan iborat. Boshqa tomondan, THzning energiyasi juda kichik, u narsalarni buzmaydi, shuning uchun x-nurlari orqali katta afzalliklarga ega.

Terahertz rentgen nurlari o'rnini bosa olmaydi, ammo rentgen nurlari ham bir necha afzalliklarga ega. Radiologiya va ultratovush ob'ektni aniqlab olish va ob'ektni aniqlash mumkin, ammo ob'ektning kimyoviy xususiyatlarini aniqlay olmaydi, portlovchi va narkotik moddalar o'rtasidagi farqni ajrata olmaydi, Terahertz, ammo terrorizmga qarshi xalqaro kurash katta ahamiyatga ega. Terahertz hozirgacha yuzlab turdagi portlovchi moddalar va odamlar tomonidan kashf etilgan ma'danlarni aniqladi. Eng so'nggi rivojlanish taxminan 30 metrni tashkil etadi va Terahertz portlovchi moddalarni aniq aniqlay oladi. Albatta, 30 metr masofa uzoq emas, lekin bu qimmatbaho aktiv, boshqa xavfsizlik choralariga nisbatan noyobdir.

Kelajakdagi terahertz quyidagi to'rtta aspektni qo'llash sohasini kengaytiradi: birinchisi - moddiy xususiyatlarni, xususan engil molekulalar va yarim o'tkazgichni o'rganish, yuqori haroratli supero'tkazuvchi tadqiqot xususiyatlarini terahertz spektroskopiya dasturining boshqa sohasi, ikkinchisi esa THZni ko'rish biologik ilm-fan va tibbiyot sohasidagi tadqiqotlar, shu jumladan, saraton tashxisidan genetik tahlilga qadar va boshqalar. Tadqiqot natijalariga ko'ra, odamlar ma'lum dori-darmonlar bilan uchrashib, ko'pincha qahva ichishadi va "zahar" teraxert texnologiyasidan foydalanish farmakologiya, saratonni erta tashxislash va h.k., yangi kashfiyot bo'lishi mumkin.

Yangi va kuchli yangi ilmiy tadqiqot usullari

(1) THz tomografiya va THz spektroskopiyasi fizika, kimyo, biomedikal fan, astronomiya, moddiy fanlar va ekologiya fanlaridagi juda muhim dasturlarga ega.

(2) nafaqat THz to'lqinlarni ko'rish va ichki va tashqi kimyoviy, biologik tarkib, spektral xarakteristikalar, THz belgilari, kvant o'zaro ta'sir qilish jarayoni va boshqa materiallar bo'yicha to'liq tadqiqotlar o'tkazish uchun maxsus va samarali prob kabi xizmat qilishi mumkin. boshqa muhim ma'lumotlar.

Misol uchun, THz tadqiqot CdSe yuqori vaqtinchalik o'lchamlari optik kvant o'tish jarayoni, transport jarayonida Ti02 nanometrli g'ovakli tashuvchilarni tadqiq qilish va tadqiqotlarni boshqarish atomlari / molekulalarining radiatsion kvant pog'onasi va boshqalar. Yordamida muhim natijalarga erishildi. Katta magnit maydonlarda THz kvant optikasi, kvantli kompyuter dasturlari va yarim o'tkazgichlarning THz nurlanishida katta yutuqlarga erishildi.

Qudratli kuch ishlatish THz nurlari atomlar va molekulalarning ichki moddaning chiziqli bo'lmagan dinamikasi jarayonini rag'batlantirishi mumkin va shuning uchun yuqori kuchlanishli ultra chastotali impulslar THz molekulyar darajadagi materialning noaniqaviy xususiyatini o'rganishi mumkin.

(3) THz shuningdek, plazma aniqlashda ham muhim afzalliklarga ega. Yuqori harorat va yuqori zichlikli plazmadagi zichlikning tarqoq taqsimlanishi THz nurlanishi bilan aniqlanishi mumkin. THz astronomik tadqiqotlar uchun dasturni ilgari suradi, Janubiy qutbli stansiya olimlari mobil astronomik qurilmani yaratdi, THz teleskoplari koinotning kelib chiqishini va yulduzlarning shakllanishini o'rganish uchun juda muhim yangi yulduzlarning muhim ahamiyatga ega ekanligini, 2005 yil boshlarida Xitoyda eslatib o'tgan Antarktikadagi tadqiqot stantsiyani ham tashkil etdi).

THz texnologiyasi milliy iqtisodiyotni rivojlantirishda muhim o'rin tutadi

(1) THz ning biomedikal ilmda qo'llanilishi juda jozibador. Teri saratoni tashxislash va davolashda, DNKning aniqlanishi, THz THz ko'rish xatosining tibbiy qo'llanilishi, biokimyoviy preparatlarni qo'llash, dori-darmonlarni tahlil qilish va aniqlash va boshqalar.

Protein va gen xususiyatlarini o'rganish asosida THz biomolekulyar diagnostika texnologiyasi yaratilishi mumkin.

Shuning uchun, u molekulyar biologiyaning rivojlanishiga katta hissa qo'shishi mumkin va tibbiy davolash va dori tadqiqotlari va identifikatsiyalashda katta istiqbolga ega.

(2) THz to'lqinlar bandida vibratsiyali va biologik makromolekkulalarning aylanish chastotasiga va THz radiatsiya texnologiyasi DNKning muhim ma'lumotlarini chiqarishi mumkin, natijada o'simliklardagi THz, ayniqsa oziq-ovqat tanlash, mukammal shtammlarni tanlash muhim rol o'ynashi mumkin. Bir so'z bilan aytganda, Terahertz ilm-fan va texnologiya qishloq xo'jaligi, oziq-ovqatni qayta ishlash va boshqa sohalarda katta ahamiyatga ega.

THz biomeditsinada keng qo'llaniladi. Quyidagi rasmda THz terining saraton kasaliga tashxis qo'yish va qo'llanilishi ko'rsatilgan.

(3) THz radiatsiya tutunga kirib, toksik va zararli molekulalarni aniqlaydi, shuning uchun atrof-muhitni monitoring qilish va himoya qilishda muhim rol o'ynashi mumkin. Bizga sun'iy yo'ldoshlarga o'rnatilgan ekotizim monitoringi uskunalari (CO2 lazerlaridan nasos manbalari sifatida ishlab chiqarilgan 2,5 ming tonna) o'rnatilganligi haqida xabar beriladi.

THZ milliy xavfsizlik va terrorizmga qarshi kurashda yagona afzalliklarga ega

(1) THz moddalarga kira oladigan xususiyatdan foydalangan holda, inglizlar THz kamerasini ishlab chiqdi va havfsizlik havfsizligi tekshiruvi sohasida sinovdan o'tdi va yaxshi natijalar berdi. Xususan, ORNL Teleradiokompaniyasi bilan tashqi devor orqali ma'lumot olish uchun Tizimdan foydalanadigan devor devori dasturida ishlaydi. Shubhasiz, bu usul milliy xavfsizlikka muhim ahamiyatga ega

Bundan tashqari, THz spektroskopiyasidan foydalanish preparatlarni tezkor va samarali aniqlash va aniqlash imkonini beradi. Amerika Qo'shma Shtatlari, THz kimyoviy moddalarini va biologik mahsulotlarni aniqlashni o'z ichiga olgan pochta xabarlarini tekshirish uchun THz spektroskopiyasidan foydalanish kabi loyihalarni amalga oshirdi.

(2) THz shuningdek, radar va aloqa ilovalarida katta salohiyatga ega. THz ning kosmik kommunikatsiyalarda katta afzalligi haqida hech qanday shubha yo'q. THz atmosfera oynasi ham o'rganildi (6-rasm). THz radarning anti-stealthdagi maxsus funksiyasi mavjud. Quyidagi hisobot THz radar va boshqalar uchun tayyorlangan yuqori quvvatli THz nurlanish manbalarining muammolarini ko'rib chiqadi. THz sun'iy yo'ldoshni ko'rish va kommunikatsiya texnologiyalari kelgusida kuchga ega bo'lgan muhim masalalar bo'lishi mumkin.

(3) THz kosmik mekiğin mumkin bo'lgan qobiliyatini aniqlash uchun ishlatiladi

Kolumbiya kosmik kemasining halokatidan ko'p vaqt o'tmay, kosmik transport vositasining ishga tushirilishidan videoyozuvlar asosida avariya sabablarining tahlili taqdim etildi. Amerikalik laboratoriya eksperiment o'tkazdi. THz pulsining markaziy chastotasi lTHz va tarmoqli kengligi 3Tz dir. Bir qator eksperimentlar, ayniqsa PAL ~ Rampi SOFI izolyatsiya ko'pikli qatlamini yaqinda muvaffaqiyatli aniqlashda, THz pulsi kosmik mekixni samarali tarzda buzmasdan tekshirishi mumkin. Bizning kosmik dasturimiz, albatta, bunday texnologiyaga muhtoj bo'ladi.

THz ilm-fan va texnologiya axborot texnologiyalari yangi avlodining asosi hisoblanadi

(1) olimlar, ITz radiatsiya manbalari va THz aniqlash texnologiyalari ishlab chiqilgandan so'ng, ITning zamonaviy IT fan, texnologiya va sanoatda raqobatbardosh bo'lishini kutishadi. Ushbu musobaqa aslida boshlandi.

(2) THz ilm-fanini va texnologiyasini rivojlantirish bilan bir qatorda, ko'plab yuqori texnologiyali kompaniyalar tug'ildi: masalan, Ruterford Appleton Lab (RAL) va Evropa kosmik agentligi (ESA) Tizimning muvaffaqiyatli yakunidan so'ng Star Ti kompaniyasi o'z ishlarida ixtisoslashgan ThruVision kompaniyasini yaratdi, THz tomografiyasini tijoratlashtirish jarayonida passiv THz tasvirlash rivojlandi, quyidagi xususiyatlarga ega: a. Passiv THz manbasini talab qilmaydi; B. Haqiqiy vaqtda ko'rish. Kembrij universiteti Spinoff nomli yuqori texnologiyali kompaniya bo'lgan TeraView Ltdni yaratdi. THz kamerasini ishlab chiqishda ishtirok etdi;

(3) Picometrix Michigen va Stenford universiteti universitetlarida inkübe qilindi. Physicalscience Inc. Calabazas Creek Res. Inc kabi kompaniyalar. Kaliforniyada joylashgan Picometrix "tadqiqot va tadqiqot uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan davlat va universitetdagi LABSga ilm-fan va texnologiyalarni topshirish" vazifasini bajaradi.

(4) Yaponiyada ko'plab kompaniyalar mavjud. Ular, shuningdek, THz ilm-fanini va texnologiyasini tadqiqot, rivojlantirish va tijoratlashtirish bilan shug'ullanadi. IT texnologiyasiga asoslangan yangi avlod IT-asta-sekin shakllana boshlaganini ko'rish mumkin.

THz texnologiyasini o'zi o'rganish muhim masala

Har xil THz radiatsiyasini yaratish mexanizmi, ultratovushli THzning uzatilishi va uzatilishi, THz va moddalar o'rtasidagi o'zaro ta'sir va boshqalar.

Quyida THz tomografiya va THz spektrining ba'zi strukturaviy blok diagrammlari keltirilgan. Ulardan biri JPL tomonidan ishlab chiqilgan 150 mikronli THz tasvir blok diagrammasi. THz va THz spektrlarini ishlab chiqish va qo'llash ushbu blok diagrammalaridan keltirilgan.

Shu bilan birga, shuningdek, THzni yaratish va THz spektrini yaratish uchun THz qurilmalari va tarkibiy qismlari, masalan, THz manbalari, THzni aniqlash, aralashtirish, THz translyatsiyasi, rezonans va boshqalar kabi kompleks tizimni yaratish uchun zarur bo'lgan narsalarni o'rganish kerak. THz va THz spektrlari. Keyingi qismdan ushbu qurilmalar va tarkibiy qismlarni muhokama qilamiz.