La technologie Térahertz et son application

T-ray est une technique qui utilise des ondes terahertz, la soi-disant science terahertz, pour étudier un segment d'une onde z électrique qui peut "voir à travers" beaucoup. Il y a plus de 100 ans, le térahertz était mentionné dans l'astronomie infrarouge, mais il était rarement abordé dans la recherche scientifique et les affaires civiles. Dans le micro-ondes, la lumière visible et la technologie infrarouge est largement utilisée, la principale raison du retard de développement de terahertz réside dans le manque de détecteur et de source, jusqu'à ces 10 dernières années, avec l'amélioration des méthodes de recherche, les gens dans la recherche de cette le champ a un plus grand développement. À l'heure actuelle, l'étude de terahertz s'est développée dans un nouveau domaine, et l'étude de terahertz est passée de trois unités il y a 20 ans à plus de 200 unités dans le monde entier.

Les ondes térahertz sont des ondes électromagnétiques dont les fréquences vont de 0,1THz à 10,0THz. Il possède de nombreuses propriétés exceptionnelles et est considéré par les États-Unis comme l'une des «dix premières technologies qui changeront le monde du futur». La spectroscopie térahertz, l'imagerie terahertz et la communication terahertz sont les trois principales directions de recherche. Il a des applications importantes dans de nombreux domaines scientifiques tels que l'inspection de sécurité, la détection non destructive, l'astrophysique, la biologie, la médecine, la physique atmosphérique, l'écologie environnementale et la science militaire. La diode Schottky à fréquence de coupure élevée permet de réaliser le mélange, la détection et le doublement des ondes térahertz à température ambiante. De plus, la réalisation d'un circuit terahertz sur substrat à faible perte est à la base de la technologie terahertz.

THZ onde est de 10 THZ gamme de fréquence de 0,1 T à (dans 3 mm longueur d'onde à 30 um) du spectre électromagnétique, il entre ondes millimétriques et la lumière infrarouge, jusqu'à présent n'a pas encore été pleinement cognition humaine et l'utilisation des ressources spectrales, est attendue être en communication (communications à large bande, radar, contre-mesures électroniques, armes électromagnétiques apportent des changements profonds, inspection de sécurité, etc.

Terahertz propriétés uniques pour la communication (communications à large bande, radar, contre-mesures électroniques, armes électromagnétiques, astronomie, imagerie médicale (pas de gènes marqueurs de l'examen d'imagerie, un niveau cellulaire), tests non destructifs, inspection de sécurité (examen biochimique) En raison de la fréquence élevée des térahertz, sa résolution spatiale est également élevée et sa résolution temporelle élevée en raison de son impulsion courte (de l'ordre de la picoseconde) .L'imagerie térahertz et la spectroscopie térahertz sont deux technologies clés pour les applications terahertz. Dans le même temps, parce que térahertz est petit en énergie et ne détruit pas la matière, il a un avantage sur les rayons X. En outre, en raison de la vibration des macromolécules biologiques et la fréquence de rotation fréquences de résonance sont en bande THZ, donc le térahertz dans la sélection des aliments, le choix des souches fines et d'autres industries agricoles et agroalimentaires a une bonne application p Rospect. L'application de terahertz est toujours en développement constant et de recherche, et sa vaste perspective scientifique est reconnue dans le monde entier.

Après plus d'une décennie de recherche, la communauté scientifique internationale a reconnu la science et la technologie THz comme une frontière transversale très importante. THz a une haute résolution spatiale en raison de sa haute fréquence (longueur d'onde est plus de 1000 plus petit que micro-ondes). Parce que l'impulsion est courte (femtoseconde), le rayonnement THz a une haute résolution temporelle. L'imagerie THz et la spectroscopie THz sont deux technologies clés dans l'application THz. D'autre part, l'énergie de THz est petite, elle ne détruit pas les choses, donc elle a un gros avantage sur les rayons X.

Térahertz ne peut pas remplacer les rayons X, mais il a certains avantages que les rayons X ne peuvent pas. Les rayons X et ultrasons peuvent trouver le contour et l'état de l'objet, mais il ne peut pas détecter les propriétés chimiques de l'objet, incapable de distinguer la différence entre les explosifs et les drogues, cependant, ont la capacité, la lutte internationale contre le terrorisme. grande signification. Terahertz a identifié plus de 50 des centaines de types d'explosifs et de mines actuellement inventés par les humains. Le dernier développement est d'environ 30 mètres, et Terahertz est capable de repérer l'explosif avec précision. Bien sûr, 30 mètres n'est pas une grande distance, mais c'est un atout précieux, unique en comparaison avec d'autres mesures de sécurité.

Future terahertz va élargir le champ d'application des quatre aspects suivants, l'un est l'étude des propriétés du matériau, en particulier les molécules légères et semi-conducteurs, les caractéristiques de la recherche supraconductrice à haute température est domaine d'application de la spectroscopie et la technologie d'imagerie ct, trois est la recherche dans le domaine de la biologie et de la médecine, y compris d'un diagnostic de cancer à l'analyse génétique, etc La dernière étude a révélé que les gens boivent souvent du café avec certains médicaments, il peut devenir un poison. ", et l'utilisation de la technologie terahertz, sera en pharmacologie, le diagnostic précoce du cancer, etc., probablement nouvelle percée.

Nouvelles et puissantes nouvelles méthodes de recherche scientifique

(1) L'imagerie THz et la spectroscopie THz ont des applications extrêmement importantes en physique, en chimie, en science biomédicale, en astronomie, en science des matériaux et en science de l'environnement.

(2) non seulement l'imagerie d'onde THz et peut servir de type de sonde spéciale et efficace, de mener des recherches approfondies sur le matériel à l'intérieur, sur la composition physique et chimique, les caractéristiques spectrales, les marqueurs THz, processus d'interaction quantique, et d'autres informations importantes.

Par exemple: en utilisant le THD recherche CdSe phénomène de transition optique quantique à haute résolution temporelle, chercheur Ti02 nanomètre treillis dans le processus de transport, et les atomes de contrôle de recherche / pas de saut quantique de rayonnement, etc sont de nouveaux résultats importants ont été atteints. De grandes réalisations ont été réalisées dans l'optique quantique THz, les applications informatiques quantiques et le rayonnement THz des semi-conducteurs sous des champs magnétiques puissants.

Utiliser une forte puissance Le rayonnement THz peut stimuler le processus de dynamique non linéaire des atomes et des molécules, et ainsi une THz pulsée ultracourte de haute puissance peut étudier la caractéristique non linéaire du matériau au niveau moléculaire.

(3) THz a également des avantages importants dans la détection de plasma. La distribution spatiale de la densité dans le plasma haute température et haute densité peut être détectée par le rayonnement THz. THZ se démarque application dans la recherche astronomique, les scientifiques de la station du pôle Sud mis en place un astronome mobile, en utilisant des télescopes THz observé que de nombreuses nouvelles étoiles importantes, pour étudier l'origine de l'univers et la formation des étoiles a une signification importante, il vaut la peine mentionnant début 2005 en Chine, a également établi une station de recherche en Antarctique).

La technologie THz jouera un rôle important dans la promotion du développement de l'économie nationale

(1) l'application de THz dans la science biomédicale est très attrayante. Dans le diagnostic et le traitement du cancer de la peau, la détection de l'ADN, l'application médicale de la faute d'imagerie THz THz, la biochimie appliquée THz, l'analyse et la détection des médicaments, etc., montrent ses puissantes caractéristiques et résultats.

THz technologie de diagnostic biomoléculaire peut être établie sur la base de l'étude des caractéristiques des protéines et des gènes.

Par conséquent, il peut grandement favoriser le développement de la biologie moléculaire, et a une grande perspective d'application dans le traitement médical et la recherche et l'identification des médicaments.

(2) en raison de la fréquence de rotation des vibrations et des macromolécules biologiques dans la bande d'ondes THz, et la technologie de radiation THz peut extraire l'information importante de l'ADN, par conséquent, THz dans les plantes, en particulier la sélection des aliments, le choix d'excellentes souches peut jouer un rôle important. En un mot, la science et la technologie terahertz sont d'une grande importance pour l'agriculture, la transformation des aliments et d'autres industries.

THz a de larges applications en biomédecine. La figure suivante montre le diagnostic et l'application du cancer de la peau en THz.

(3) Le rayonnement THz peut pénétrer la fumée et détecter des molécules toxiques ou nocives, de sorte qu'il peut jouer un rôle important dans la surveillance et la protection de l'environnement. Il est rapporté que l'équipement de surveillance de l'environnement THz (2,5thz produit en utilisant des lasers CO2 comme sources de pompage) a été installé sur nos satellites.

THz a des avantages uniques dans l'application de la sécurité nationale et anti-terrorisme

(1) en utilisant la propriété que THz peut pénétrer des substances, le britannique a d'abord développé la caméra THz et a été testé dans le domaine de l'inspection de sécurité de l'aéroport, avec de bons résultats. En particulier, ORNL travaille avec l'université du Tennessee sur le programme «Through wall», qui utilise THz imaging pour obtenir des informations de l'extérieur. De toute évidence, cette technique a une valeur importante dans la sécurité nationale

En outre, l'utilisation de la spectroscopie THz peut rapidement et efficacement détecter et identifier les médicaments. Les États-Unis ont réalisé des projets tels que l'utilisation de la spectroscopie THz pour vérifier le courrier, y compris la détection de produits chimiques et de produits biologiques THz.

(2) THz a également un grand potentiel dans les applications radar et de communication. Il n'y a aucun doute sur l'énorme avantage de THz dans les communications spatiales. La fenêtre atmosphérique de THz a également été étudiée (figure 6). Le radar THz a une fonction spéciale anti-furtivité. Le rapport suivant aborde le problème des sources de rayonnement THz à haute puissance, qui sont préparées pour les radars THz et autres. L'imagerie satellitaire THz et la technologie des communications peuvent être des domaines importants de préoccupation pour les pouvoirs futurs.

(3) THz est utilisé pour détecter une éventuelle défaillance de la navette spatiale

Peu de temps après le crash de la navette spatiale Columbia, une analyse des causes de l'accident a été présentée à partir de séquences vidéo du lancement de la navette spatiale. Un laboratoire américain a mené des expériences. La fréquence centrale de l'impulsion THz est de lTHz et la bande passante est de 3THz. Grâce à un certain nombre d'expériences, en particulier la récente détection réussie de la couche de mousse d'isolation PAL ~ Rampe SOFI, l'impulsion THz peut effectivement l'inspection non destructive de la navette spatiale. Notre programme spatial aura certainement besoin d'une telle technologie.

THz science et la technologie est le fondement d'une nouvelle génération de l'industrie des TI

(1) les scientifiques s'attendent à ce que THz soit hautement compétitif dans la science, la technologie et l'industrie de l'informatique moderne une fois que les sources de rayonnement THz et les technologies de détection THz seront développées. Cette compétition a réellement commencé.

(2) avec le développement de la science et de la technologie THz, de nombreuses entreprises de haute technologie sont nées, par exemple: le laboratoire national britannique Rultherford (Rutherford Appleton Lab (RAL)) et l'agence spatiale européenne (ESA) en 2002, l'exécutif Star Ti ger après le succès du plan, mis en place une société ThruVision entreprise, spécialisée dans le travail, la commercialisation de l'imagerie THz imagerie THz passive développée, a les caractéristiques suivantes: a. Passif ne nécessite pas de source THz; B. Imagerie en temps réel. L'université de Cambridge a donné naissance à TeraView Ltd, une entreprise de haute technologie appelée Spinoff. Engagé dans le développement de la caméra THz;

(3) Picometrix a été incubé à l'université de Michigen et à l'université de Stanford. Physicalscience Inc.; Calabazas Creek Res. Inc. Des sociétés telles que. Picometrix, basé en Californie, est chargé de «transmettre la science et la technologie THz au LABS gouvernemental et universitaire afin qu'ils puissent être utilisés pour des travaux de recherche».

(4) il y a aussi beaucoup d'entreprises au Japon, qui ont été engagées dans la recherche, le développement et la commercialisation de la science et de la technologie THz, y compris la source THz de haute puissance. On peut voir qu'une nouvelle génération de l'industrie des TI basée sur la science et la technologie THz a commencé à prendre forme progressivement.

L'étude de la technologie THz elle-même est un sujet important

Tels que le mécanisme de génération de divers rayonnement THz, la propagation et la transmission de l'impulsion THz ultra-courte, l'interaction entre THz et la matière, etc.

Voici quelques diagrammes structurels de l'imagerie THz et du spectre THz. L'un d'entre eux est un diagramme de blocs d'images THz de 150 microns développé par JPL. Le développement et l'application de l'imagerie THz et du spectre THz peuvent être vus à partir de ces diagrammes.

Dans le même temps peut également voir que pour établir l'imagerie THz et le spectre THz besoin d'étudier ce que THz dispositifs et composants, tels que: THz sources, détection THz, mélange, transmission THz, résonance, etc., pour former un système complet de l'imagerie THz et du spectre THz. Dans la section suivante, nous discuterons de ces appareils et composants.