Teknologi Terahertz dan aplikasinya

T-ray adalah teknik yang menggunakan gelombang terahertz, yang disebut ilmu terahertz, untuk mempelajari segmen gelombang listrik z yang dapat "melihat tembus" banyak. Lebih dari 100 tahun yang lalu, terahertz disebutkan dalam astronomi inframerah, tetapi jarang sekali dijamah dalam penelitian ilmiah dan urusan sipil. Dalam microwave, cahaya tampak dan teknologi infra merah banyak digunakan, alasan utama untuk perkembangan tertinggal terahertz terletak pada kurangnya detektor dan sumber, sampai 10 tahun terakhir, dengan perbaikan metode penelitian, orang dalam penelitian ini bidang memiliki perkembangan yang lebih besar. Saat ini, studi terahertz telah berkembang menjadi bidang baru, dan studi terahertz telah berkembang dari tiga unit 20 tahun yang lalu menjadi lebih dari 200 unit di seluruh dunia.

Gelombang Terahertz adalah gelombang elektromagnetik dengan frekuensi mulai dari 0,1 hingga 10,0THz. Ini memiliki banyak properti yang luar biasa dan dinilai oleh Amerika Serikat sebagai salah satu "top 10 teknologi yang akan mengubah dunia masa depan." Terahertz spektroskopi, pencitraan terahertz dan komunikasi terahertz adalah tiga arah penelitian utama. Ini memiliki aplikasi penting di banyak bidang ilmiah seperti inspeksi keselamatan, deteksi tak rusak, astrofisika, biologi, kedokteran, fisika atmosfer, ekologi lingkungan dan ilmu militer. Schottky diode dengan frekuensi cutoff tinggi dapat mewujudkan pencampuran, deteksi dan penggandaan gelombang terahertz pada suhu kamar. Selain itu, realisasi sirkuit terahertz pada substrat kerugian rendah adalah dasar teknologi terahertz.

Gelombang THZ adalah rentang frekuensi 10 THZ dari 0,1 T ke (dalam 3 mm panjang gelombang hingga 30 um) dari spektrum elektromagnetik, itu antara gelombang milimeter dan cahaya inframerah, sejauh ini belum sepenuhnya manusia kognisi dan pemanfaatan sumber daya spektrum, diharapkan untuk berkomunikasi (komunikasi broadband, radar, penanggulangan elektronik, senjata elektromagnetik membawa perubahan besar, inspeksi keamanan, dll.

Terahertz sifat unik untuk komunikasi (komunikasi broadband, radar, penanggulangan elektronik, senjata elektromagnetik, astronomi, pencitraan medis (tidak ada gen penanda pemeriksaan pencitraan, tingkat sel), uji tak rusak, pemeriksaan keamanan (pemeriksaan biokimia), dan bidang lain telah membawa Karena frekuensi tinggi terahertz, resolusi spasialnya juga tinggi, ia juga memiliki resolusi waktu yang tinggi karena pulsa pendek (pada urutan picosecond) .Terdahertz imaging dan spektroskopi terahertz adalah dua teknologi kunci untuk aplikasi terahertz Pada saat yang sama, karena terahertz kecil dalam energi dan tidak merusak materi, ia memiliki kelebihan dibanding sinar X. Selain itu, karena getaran makromolekul biologis dan frekuensi frekwensi frekwensi dalam gelombang THZ, maka terahertz dalam pemilihan makanan, pilihan strain halus dan industri pengolahan makanan dan pertanian lainnya memiliki aplikasi yang baik rospect. Penerapan terahertz masih dalam pengembangan dan penelitian yang konstan, dan prospek ilmiahnya yang luas diakui di seluruh dunia.

Setelah lebih dari satu dekade penelitian, komunitas ilmiah internasional telah mengakui ilmu pengetahuan dan teknologi THz sebagai perbatasan lintas sektoral yang sangat penting. THz memiliki resolusi spasial yang tinggi karena frekuensinya yang tinggi (panjang gelombang lebih dari 1000 lebih kecil dari gelombang mikro). Karena denyut nadi pendek (femtosecond), radiasi THz memiliki resolusi temporal yang tinggi. THz imaging dan THz spectroscopy adalah dua teknologi kunci dalam aplikasi THz. Di sisi lain, energi THz kecil, tidak menghancurkan benda-benda, sehingga memiliki kelebihan besar dibandingkan sinar-x.

Terahertz tidak dapat menggantikan x-rays, tetapi ia memiliki beberapa kelebihan yang tidak bisa dilakukan x-rays. X-ray dan ultrasound dapat menemukan garis besar dan keadaan objek, tetapi tidak dapat mendeteksi sifat-sifat kimia dari objek, tidak dapat membedakan perbedaan antara bahan peledak dan obat-obatan, terahertz, bagaimanapun, memiliki kemampuan, perjuangan internasional melawan terorisme adalah sangat penting. Terahertz telah mengidentifikasi lebih dari 50 dari ratusan jenis bahan peledak dan ranjau yang saat ini ditemukan oleh manusia. Perkembangan terakhir adalah sekitar 30 meter, dan terahertz mampu mendeteksi bahan peledak secara akurat. Tentu saja, 30 meter bukan jarak yang sangat jauh, tetapi itu adalah aset berharga, unik dibandingkan dengan langkah-langkah keamanan lainnya.

Masa depan terahertz akan memperluas lingkup aplikasi dari empat aspek berikut, salah satunya adalah studi tentang sifat material, terutama molekul ringan dan semikonduktor, karakteristik penelitian superkonduktor suhu tinggi adalah bidang aplikasi spektroskopi terahertz yang lain, yang kedua adalah pencitraan THZ dan teknologi pencitraan ct, tiga adalah penelitian di bidang ilmu biologi dan kedokteran, termasuk dari diagnosis kanker hingga analisis genetik, dll. Studi terbaru menemukan bahwa orang sering minum kopi jika bertemu dengan obat-obatan tertentu, mungkin menjadi "racun" ", dan penggunaan teknologi terahertz, akan di farmakologi, diagnosis dini kanker, dll, kemungkinan terobosan baru.

Metode penelitian ilmiah baru dan kuat

(1) Thz imaging dan THz spectroscopy memiliki aplikasi yang sangat penting dalam fisika, kimia, ilmu biomedis, astronomi, ilmu material dan ilmu lingkungan.

(2) tidak hanya dapat pencitraan gelombang THZ dan dapat berfungsi sebagai semacam penyelidikan khusus dan efektif, untuk melakukan penelitian menyeluruh terhadap materi di dalamnya, tentang komposisi kimia dan biologi fisik, karakteristik spektral, penanda THz, proses interaksi kuantum, dan informasi penting lainnya.

Sebagai contoh: menggunakan penelitian THz penelitian CdSe temporal resolusi tinggi fenomena transisi kuantum optik, penelitian Ti02 nanometer lattice carrier dalam proses transportasi, dan kontrol penelitian atom / molekul tidak ada lompatan kuantum radiasi, dll adalah hasil baru yang penting telah dicapai. Prestasi besar telah dibuat dalam optik kuantum TH, aplikasi komputer kuantum dan radiasi THz semikonduktor di bawah medan magnet yang kuat.

Gunakan kekuatan yang kuat Radiasi THz dapat menstimulasi proses internal nonlinier dinamika proses atom dan molekul, dan dengan demikian ultrashort daya tinggi berdenyut THz dapat mempelajari karakteristik nonlinier dari material pada tingkat molekuler.

(3) THz juga memiliki kelebihan penting dalam deteksi plasma. Distribusi kerapatan spasial dalam suhu tinggi dan plasma densitas tinggi dapat dideteksi oleh radiasi THz. Aplikasi THC menonjol dalam penelitian astronomi, para ilmuwan di stasiun Kutub Selatan menyiapkan astronomi mobile, menggunakan teleskop THz mengamati bahwa banyak bintang baru yang penting, untuk mempelajari asal usul alam semesta dan pembentukan bintang memiliki arti penting, sangat berharga menyebutkan pada awal 2005 di Cina, juga mendirikan stasiun penelitian di Antartika).

Teknologi THC akan memainkan peran penting dalam mempromosikan perkembangan ekonomi nasional

(1) penerapan THz dalam ilmu biomedis sangat menarik. Dalam diagnosis dan pengobatan kanker kulit, deteksi DNA, aplikasi medis dari kesalahan pencitraan THz THz, THz menerapkan biokimia, analisis dan deteksi obat, dll, semuanya menunjukkan fitur dan hasil yang kuat.

Teknologi diagnosis biomolekuler dapat dibentuk berdasarkan studi tentang protein dan karakteristik gen.

Oleh karena itu, sangat dapat mempromosikan perkembangan biologi molekuler, dan memiliki prospek aplikasi yang hebat dalam perawatan medis dan riset serta identifikasi obat.

(2) karena frekuensi rotasi getaran dan makromolekul biologis dalam band gelombang THz, dan teknologi radiasi THz dapat mengekstraksi informasi penting dari DNA, sebagai hasilnya, THz dalam tumbuhan, terutama pemilihan makanan, pilihan strain yang sangat baik dapat memainkan peran penting. Singkatnya, ilmu dan teknologi terahertz sangat penting untuk pertanian, pengolahan makanan dan industri lainnya.

THz memiliki aplikasi luas dalam biomedis. Gambar berikut menunjukkan diagnosis dan aplikasi kanker kulit di THz.

(3) Radiasi THz dapat menembus asap dan mendeteksi molekul beracun atau berbahaya, sehingga dapat memainkan peran penting dalam pemantauan dan perlindungan lingkungan. Dilaporkan bahwa peralatan pemantauan lingkungan THz (2.5thz yang diproduksi menggunakan CO2 laser sebagai sumber pompa) telah dipasang pada satelit kami.

THz memiliki kelebihan unik dalam penerapan keamanan nasional dan anti-terorisme

(1) menggunakan properti yang THz dapat menembus zat, Inggris pertama kali mengembangkan kamera THz dan telah diuji di bidang pemeriksaan keamanan bandara, dengan hasil yang baik. Secara khusus, ORNL bekerja dengan universitas Tennessee pada Program Through Wall, yang menggunakan pencitraan THC untuk mendapatkan informasi dari luar. Tentunya, teknik ini memiliki nilai penting dalam keamanan nasional

Selain itu, penggunaan spektroskopi THz dapat dengan cepat dan efektif mendeteksi dan mengidentifikasi obat-obatan. Amerika Serikat telah melakukan proyek-proyek seperti penggunaan spektroskopi THz untuk memeriksa surat, termasuk deteksi bahan kimia THz dan produk biologi.

(2) THz juga memiliki potensi besar dalam aplikasi radar dan komunikasi. Tidak ada keraguan tentang keuntungan besar THz dalam komunikasi ruang angkasa. Jendela atmosfer THz juga telah dipelajari (gambar 6). Radar THz memiliki fungsi khusus dalam anti-stealth. Laporan berikut membahas masalah sumber radiasi THz berkekuatan tinggi, yang dipersiapkan untuk radar THz dan lainnya. Teknologi pencitraan satelit dan komunikasi ruang angkasa mungkin merupakan bidang penting yang menjadi perhatian bagi kekuatan masa depan.

(3) THz digunakan untuk mendeteksi kemungkinan kegagalan pesawat ulang alik

Tak lama setelah jatuhnya pesawat ulang-alik Columbia, analisis penyebab kecelakaan itu disampaikan berdasarkan rekaman video dari peluncuran pesawat ulang alik. Sebuah laboratorium Amerika telah melakukan eksperimen. Frekuensi pusat pulsa THz adalah lTHz dan bandwidthnya adalah 3THz. Melalui sejumlah percobaan, terutama deteksi sukses terbaru dari lapisan busa insulasi PAL ~ Ramp SOFI, pulsa THz dapat secara efektif inspeksi non-destruktif dari pesawat ruang angkasa. Program luar angkasa kita pasti membutuhkan teknologi seperti itu.

Ilmu pengetahuan dan teknologi adalah fondasi dari generasi baru industri TI

(1) para ilmuwan berharap THz sangat kompetitif dalam ilmu IT, teknologi, dan industri modern begitu sumber radiasi THz dan teknologi deteksi THz dikembangkan. Kompetisi ini sebenarnya sudah dimulai.

(2) dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi THC, banyak perusahaan teknologi tinggi telah dilahirkan, misalnya: laboratorium nasional Rultherford Inggris (Rutherford Appleton Lab (RAL)) dan badan antariksa Eropa (ESA) pada tahun 2002, eksekutif Star Ti ger setelah sukses dari rencana tersebut, mendirikan perusahaan perusahaan ThruVision, yang mengkhususkan diri dalam pekerjaan, komersialisasi pencitraan THz mengembangkan pencitraan THz pasif, memiliki karakteristik sebagai berikut: a. Pasif tidak membutuhkan sumber THz; B. Pencitraan real-time. Universitas Cambridge telah menelurkan TeraView Ltd, sebuah perusahaan teknologi tinggi bernama Spinoff. Terlibat dalam pengembangan kamera THz;

(3) Picometrix diinkubasi di Universitas Michigen dan Universitas Stanford. Physicalscience Inc.; Calabazas Creek Res. Inc. Perusahaan seperti. Picometrix, yang berbasis di California, diberi tugas "menyerahkan ilmu dan teknologi THz kepada pemerintah dan universitas LABS sehingga mereka dapat digunakan untuk pekerjaan penelitian".

(4) ada juga banyak perusahaan di Jepang, yang telah terlibat dalam penelitian, pengembangan, dan komersialisasi ilmu pengetahuan dan teknologi THz, termasuk sumber THz berkekuatan tinggi. TI dapat dilihat bahwa generasi baru industri TI berdasarkan ilmu pengetahuan dan teknologi THz telah mulai terbentuk secara bertahap.

Studi tentang teknologi THz itu sendiri merupakan subjek penting

Seperti mekanisme pembangkitan berbagai radiasi THz, propagasi dan transmisi ultra-short pulse THz, interaksi antara THz dan materi, dll.

Di bawah ini adalah beberapa diagram blok struktural dari pencitraan THz dan spektrum THz. Salah satunya adalah diagram blok gambar 150-mikron THz yang dikembangkan oleh JPL. Pengembangan dan penerapan pencitraan THz dan spektrum THz dapat dilihat dari diagram blok ini.

Pada saat yang sama juga dapat melihat bahwa untuk membangun pencitraan THz dan spektrum THz perlu mempelajari apa perangkat THz dan komponen, seperti: Sumber THz, deteksi THz, pencampuran, transmisi THz, resonansi, dll, untuk membentuk sistem yang lengkap dari pencitraan THz dan spektrum THz. Dari bagian selanjutnya, kita akan membahas perangkat dan komponen ini.