Терагерцовые технологии в различных отраслях деятельности

Fourth-year students

Faculty of radio physics and electronic systems

North-Eastern Federal University, Institute of Physics and Technologies

Russia,Yakutsk

The scientific adviser: Leontiev N.A

Cand. tech. Science

TERAHERTZ TECHNOLOGIES IN DIFFERENT PARTS INDUSTRIES

Keyword: terahertz, terahertz technologies, terahertz radiation

Введение

Новые достижения в различных сферах технологий сделали ранее неиспользованный терагерцовый частотный диапазон, доступным для систем обработки информации. Терагерцовое излучение находится в электромагнитном спектре частот между инфракрасным и сверхвысокочастотным (микроволновым) диапазонами от 0.3 ТГц до 10 ТГц. Это новая область, в котором исследователи всего мира участвуют в создании первой практической системы. Она может решить многие вопросы, которые долгое время оставались без ответа дополнительными методами.

Свойства ТГц-излучения

Как уже упоминалось, терагерцовое излучение находится между инфракрасным излучением и сверхвысокочастотным излучением в электромагнитном спектре, и обладает некоторыми свойствами каждого из них. Подобно инфракрасному и микроволновому излучению, терагерцовое излучение перемещается по прямой видимости и не ионизирует. Как и микроволновое излучение, терагерцовое излучение может проникать в большинство непроводящих материалов: через одежду, бумагу, картон, дерево, кирпичную кладку, пластик и керамику. Глубина проникновения обычно меньше, чем у микроволнового излучения. Терагерцовое излучение имеет ограниченное проникновение сквозь туман и облака и не может проникать в воду или металл.

Атмосфера Земли является сильным поглотителем терагерцового излучения в определенных полосах поглощения водяного пара, поэтому диапазон терагерцового излучения достаточно ограничен, чтобы быть полезным при дальней связи. Однако на расстояниях 10 м полоса может по-прежнему допускать много полезных применений при визуализации и построении высокоскоростных беспроводных сетевых систем.

Многие распространенные материалы и живые ткани являются полупрозрачными и имеют «терагерцовые отпечатки пальцев», позволяя им визуализироваться, идентифицироваться и анализироваться. Из-за неионизирующих свойств терагерцовые излучения безопасны для здоровья человека. Эти уникальные свойства излучений в настоящее время могут использоваться по мере доступности источников терагерцового излучения.

Область применения

Терагерцовое излучение может проникать в ткани и пластмассы, поэтому его можно использовать в виде надзора, например, для обнаружения скрытого оружия на человека удаленно. Это особенно интересно, потому что многие материалы имеют уникальные спектральные «отпечатки», в терагерцовом диапазоне. Это позволяет комбинировать спектральную идентификацию с изображениями.

В аэропортах или других местах опасные неметаллические вещества, такие как керамические ножи или пластиковые взрывчатые вещества, теперь могут быть обнаружены с помощью терагерцовых лучей. Это возможно, потому что Т-лучи проходят через одежду, но не могут пройти через кожу (из-за содержание воды).

В медицине ТГц-технология может заменить рентгеновское излучение. В отличие от рентгеновских лучей, терагерцовое излучение обладает относительно низкой энергией фотонов для повреждения тканей и ДНК. Некоторые частоты терагерцового излучения могут проникать в несколько миллиметров ткани с низким содержанием воды (например, жировые ткани) и отражаться назад. Терагерцовое излучение может также обнаруживать различия в содержании воды и плотности ткани. Такие методы могут позволить эффективное обнаружение эпителиального рака с системой визуализации, которая является безопасной и безболезненной. Спектроскопия в терагерцовом излучении может обеспечить новую информацию в области химии и биохимии. Недавно разработанные методы ТГц-спектроскопии и ТГц-томографии способны выполнять измерения и получать изображения образцов, в видимой и ближней инфракрасной области спектра.

По статистике, более 85% всех видов рака возникает в эпителии. Получение биопсии для удаления ткани из организма и изучения ее под микроскопом является золотым стандартом для диагностики рака. Терагерцовая технология имеет потенциал для значительного улучшения обычной биопсии и связанной с ней операции, более точно определяя области, подлежащие вырезанию, тем самым уменьшая количество процедур и облегчая более раннюю и более точную диагностику. По мере развития технологии можно будет выполнять биопсию, используя живую терагерцовую визуализацию пораженного участка, что делает возможным точную оптическую биопсию. В стоматологии терагерцовая визуализация может различать различные типы тканей в человеческом зубе; обнаружение переносит на ранней стадии эмалевые слои человеческих зубов и контролирует раннюю эрозию эмали на поверхности зуба.

В коммуникации ТГц-технологии используются для беспроводных систем передачи информации, также высотных телекоммуникациях, над высотами, где водяной пар вызывает поглощение сигнала: самолет-спутник или спутник-спутника.

Заключение

Таким образом, терагерцовое частотное излучение обладает уникальной комбинацией полезных свойств, для неинвазивной визуализации и спектроскопии материалов. Наиболее важным преимуществом терагерцовой технологии является то, что она является безопасным для здоровья методом анализа. Различные применения, упомянутые в статье, показывают, что ТГц-технологии желательны многими различными отраслям промышленности и исследований, поэтому можно ожидать, что в эту область приложат много усилий. Но, несмотря на количество потенциальных применений, технология пока не является идеальным, хотя последние достижения могут привести к практичным и компактным системам. Следовательно, в будущем исследования в этой области будут очень оживленными и интересными.