เทคโนโลยี Terahertz และการประยุกต์ใช้

T-ray เป็นเทคนิคที่ใช้คลื่น Terahertz ซึ่งเรียกว่า Terahertz science เพื่อศึกษาส่วนของคลื่นไฟฟ้า z ซึ่งสามารถ "มองเห็น" ได้เป็นจำนวนมาก กว่า 100 ปีที่ผ่านมา terahertz ถูกกล่าวถึงในดาราศาสตร์อินฟราเรด แต่ก็ไม่ค่อยมีการสัมผัสในงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์และกิจการพลเรือน ในไมโครเวฟแสงที่มองเห็นได้และเทคโนโลยีอินฟราเรดใช้กันอย่างแพร่หลายเหตุผลหลักสำหรับการพัฒนาล่าช้าของ terahertz อยู่ในการขาดการตรวจจับและแหล่งที่มาจนกระทั่งล่าสุด 10 ปีกับการปรับปรุงวิธีการวิจัยคนในการวิจัยนี้ ฟิลด์มีการพัฒนาที่ใหญ่ขึ้น ปัจจุบันการศึกษาของเทร่าเฮิร์ทซ์ได้พัฒนาไปสู่ด้านใหม่แล้วการศึกษาของเทร่าเฮิร์ตซ์ได้เติบโตขึ้นจาก 3 หน่วยเมื่อ 20 ปีก่อนไปสู่มากกว่า 200 แห่งทั่วโลก

คลื่น Terahertz เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ตั้งแต่ 0.1 ถึง 10.0 องศาเซลเซียส มีคุณสมบัติโดดเด่นมากมายและได้รับการจัดอันดับจากสหรัฐอเมริกาว่าเป็น "เทคโนโลยีชั้นนำ 10 อันดับที่จะเปลี่ยนแปลงโลกแห่งอนาคต" Terahertz spectroscopy, terahertz imaging และ terahertz communication เป็นแนวทางการวิจัยที่สำคัญ 3 ข้อ มีการประยุกต์ใช้ที่สำคัญในสาขาวิทยาศาสตร์มากมายเช่นการตรวจสอบด้านความปลอดภัยการตรวจหาแบบไม่ทำลายระบบดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชีววิทยาการแพทย์ฟิสิกส์บรรยากาศระบบนิเวศน์วิทยาและวิทยาศาสตร์ทางทหาร ไดโอด Schottky ที่มีความถี่ตัดสูงสามารถรับการผสมการตรวจจับและทวีความรุนแรงขึ้นของคลื่นเทอร์เฮิร์ทซ์ที่อุณหภูมิห้อง นอกจากนี้การรับรู้วงจรเทอร์เฮิร์ทซ์บนพื้นผิวที่สูญเสียต่ำเป็นพื้นฐานของเทคโนโลยีเทอร์เฮเทอร์

คลื่น THZ มีช่วงความถี่ 10 THZ ตั้งแต่ 0.1 T ถึง (ในความยาวคลื่น 3 มม. ถึง 30 um) ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งระหว่างคลื่นมิลลิเมตรและแสงอินฟราเรดจนถึงปัจจุบันยังไม่เคยมีการรับรู้และการใช้ทรัพยากรคลื่นความถี่ของมนุษย์อย่างเต็มที่ (การสื่อสารแบบบรอดแบนด์เรดาร์การตอบโต้อิเล็กทรอนิกส์อาวุธแม่เหล็กไฟฟ้านำการเปลี่ยนแปลงที่ลึกซึ้งการตรวจสอบความปลอดภัย ฯลฯ

Terahertz คุณสมบัติเฉพาะสำหรับการสื่อสาร (การสื่อสารบรอดแบนด์เรดาร์ตอบโต้อิเล็กทรอนิกส์อาวุธแม่เหล็กไฟฟ้าดาราศาสตร์การถ่ายภาพทางการแพทย์ (ไม่มียีนเครื่องหมายของการตรวจสอบภาพระดับเซลล์), การทดสอบไม่ทำลาย, การตรวจสอบความปลอดภัย (การตรวจทางชีวเคมี) และสาขาวิชาอื่น ๆ ได้นำ เนื่องจากความถี่สูงของเทร่าเฮิร์ตซ์มีความละเอียดเชิงพื้นที่สูงนอกจากนี้ยังมีความละเอียดสูงเนื่องจากมีชีพจรสั้น ๆ (ตามลำดับของ picosecond) การฉายภาพเทอร์เฮิร์ทซ์และสเปกโตรสโกปีเป็นเรื่องสำคัญสำหรับการประยุกต์ใช้เทอร์เฮิร์ทซ์ ในเวลาเดียวกันเนื่องจาก terahertz มีพลังงานน้อยและไม่ทำลายสิ่งมีประโยชน์มากกว่ารังสีเอกซ์นอกจากนี้เนื่องจากการสั่นสะเทือนของโมเลกุล macromolecules ทางชีวภาพและการหมุนความถี่คลื่นความถี่ความถี่อยู่ในแถบคลื่น THZ ดังนั้น terahertz ในการเลือกอาหารทางเลือกของสายพันธุ์ที่ดีและอุตสาหกรรมการประมวลผลทางการเกษตรและอาหารอื่น ๆ มีการประยุกต์ใช้ที่ดี p rospect การประยุกต์ใช้ terahertz ยังอยู่ในการพัฒนาและการค้นคว้าอย่างต่อเนื่องและโอกาสทางวิทยาศาสตร์มากมายที่ได้รับการยอมรับทั่วโลก

หลังจากกว่าทศวรรษของการวิจัยชุมชนวิทยาศาสตร์นานาชาติได้รับการยอมรับ THz วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเป็นชายแดนตัดข้ามที่สำคัญมาก THz มีความละเอียดเชิงพื้นที่สูงเนื่องจากมีความถี่สูง (ความยาวคลื่นมากกว่า 1000 ไมโครเวฟ) เนื่องจากชีพจรสั้น (femtoCond) รังสี THz จึงมีความละเอียดสูง THz ภาพและ THz สเปคโทรสเป็นสองเทคโนโลยีที่สำคัญในการประยุกต์ใช้ THz ในทางกลับกันพลังงานของ THz มีขนาดเล็กไม่ทำลายสิ่งต่างๆดังนั้นจึงมีข้อได้เปรียบใหญ่กว่ารังสีเอกซ์

Terahertz ไม่สามารถแทนที่รังสีเอกซ์ แต่มีข้อดีบางอย่างที่รังสีเอกซ์ไม่สามารถทำได้ X-ray และอัลตราซาวนด์สามารถหาเค้าร่างและสถานะของวัตถุได้ แต่ไม่สามารถตรวจจับคุณสมบัติทางเคมีของวัตถุซึ่งไม่สามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างวัตถุระเบิดกับยาเสพติดได้ แต่อย่างไรก็ตามความสามารถในการต่อสู้กับการก่อการร้ายนั้นมีอยู่ ความสำคัญอย่างยิ่ง Terahertz ได้ระบุวัตถุระเบิดและทุ่นระเบิดกว่า 50 ชนิดที่มนุษย์คิดค้นมาแล้ว การพัฒนาล่าสุดคือประมาณ 30 เมตรและ terahertz สามารถตรวจจับวัตถุระเบิดได้อย่างถูกต้อง แน่นอนว่า 30 เมตรไม่ใช่ระยะทางที่ดี แต่ก็เป็นสินทรัพย์ที่มีค่าไม่เหมือนใครเมื่อเปรียบเทียบกับมาตรการรักษาความปลอดภัยอื่น ๆ

อนาคต terahertz จะขยายขอบเขตการประยุกต์ใช้ในสี่ด้านต่อไปนี้หนึ่งคือการศึกษาคุณสมบัติของวัสดุโดยเฉพาะอย่างยิ่งโมเลกุลแสงและเซมิคอนดักเตอร์ลักษณะของการวิจัยตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงเป็นเขตการประยุกต์ใช้สเปกโตรสโคป terahertz ของอีกที่สองคือการถ่ายภาพ THZ เทคโนโลยีการถ่ายภาพ ct สามคือการวิจัยในสาขาวิทยาศาสตร์ชีวภาพและการแพทย์รวมทั้งจากการวินิจฉัยโรคมะเร็งเพื่อการวิเคราะห์ทางพันธุกรรม ฯลฯ การศึกษาล่าสุดพบว่าคนมักจะดื่มกาแฟถ้าพบกับยาเสพติดบางอย่างก็อาจจะกลายเป็น "ยาพิษ "และการใช้เทคโนโลยี terahertz จะอยู่ในเภสัชวิทยาการวินิจฉัยโรคมะเร็งต้นเป็นต้นอาจมีการพัฒนาใหม่

วิธีการใหม่ของการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ใหม่

(1) THz ภาพและ THz สเปคโทรสมีการใช้งานที่สำคัญมากในวิชาฟิสิกส์เคมีชีวการแพทย์วิทยาศาสตร์ดาราศาสตร์วิทยาศาสตร์วัสดุและวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม

(2) ไม่เพียง แต่สามารถสร้างภาพคลื่น THz และสามารถใช้เป็นหัววัดชนิดพิเศษและมีประสิทธิภาพเพื่อทำการวิจัยอย่างละเอียดเกี่ยวกับองค์ประกอบด้านกายภาพเคมีและชีววิทยาลักษณะสเปกตรัมเครื่องหมาย THz กระบวนการปฏิสัมพันธ์ของควอนตัมและ ข้อมูลที่สำคัญอื่น ๆ

ตัวอย่างเช่นการใช้ THz การวิจัย CdSe ปรากฏการณ์การเปลี่ยนแปลงทางควอนตัมแบบควอนตัมแบบความคมชัดสูงการค้นคว้าวิจัย Ti02 nanometer lattice carrier ในกระบวนการขนส่งและอะตอม / โมเลกุลควบคุมการวิจัยไม่มีการก้าวกระโดดของควอนตัมการแผ่รังสี ฯลฯ เป็นผลลัพธ์ใหม่ที่สำคัญ ความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ได้เกิดขึ้นใน THz Quantum Optics การใช้งานคอมพิวเตอร์ควอนตัมและการแผ่รังสีของรังสีความร้อน THz ภายใต้สนามแม่เหล็กที่แรง

ใช้พลังงานที่แข็งแกร่ง THz รังสีสามารถกระตุ้นกระบวนการพลวัตของวัสดุภายในของอะตอมและโมเลกุลและทำให้การใช้พลังงานต่ำเกินขีดสุด THz สามารถศึกษาลักษณะ Nonlinear ของวัสดุได้ในระดับโมเลกุล

(3) THz ยังมีข้อดีที่สำคัญในการตรวจจับพลาสม่า การกระจายตัวของความหนาแน่นในอุณหภูมิสูงและพลาสมาความหนาแน่นสูงสามารถตรวจพบได้โดยการแผ่รังสี THz THz ใช้โปรแกรมวิจัยทางดาราศาสตร์นักวิทยาศาสตร์ที่สถานี South Pole ตั้งค่าดาราศาสตร์เคลื่อนที่โดยใช้กล้องโทรทรรศน์ THz พบว่าดาวดวงใหม่ที่สำคัญหลายแห่งเพื่อศึกษาแหล่งกำเนิดของจักรวาลและการก่อตัวของดาวฤกษ์มีความสำคัญเป็นสำคัญ กล่าวถึงต้นปีพ. ศ. 2548 ในประเทศจีนได้จัดตั้งสถานีวิจัยขึ้นในแอนตาร์กติก)

THz เทคโนโลยีจะมีบทบาทสำคัญในการส่งเสริมการพัฒนาเศรษฐกิจของประเทศ

(1) การประยุกต์ใช้ THz ในด้านชีวการแพทย์เป็นสิ่งที่น่าสนใจมาก ในการวินิจฉัยและการรักษาโรคมะเร็งผิวหนังการตรวจหาดีเอ็นเอการประยุกต์ใช้ทางการแพทย์ของความบกพร่องในการถ่ายภาพ THz THz THz ชีวเคมีประยุกต์การวิเคราะห์และการตรวจวิเคราะห์ยา ฯลฯ ทั้งหมดนี้แสดงให้เห็นถึงคุณลักษณะและผลลัพธ์ที่มีประสิทธิภาพ

เทคโนโลยีการวินิจฉัยโรคมะเร็งต่อมลูกหมากอาจมีขึ้นจากการศึกษาลักษณะโปรตีนและยีน

ดังนั้นจึงสามารถส่งเสริมการพัฒนาชีววิทยาระดับโมเลกุลและมีโอกาสในการประยุกต์ใช้ในการรักษาทางการแพทย์และการค้นคว้าและระบุตัวยา

(2) เนื่องจากความถี่การหมุนของการสั่นสะเทือนและโมเลกุลของโมเลกุลทางชีวภาพในแถบคลื่น THz และเทคโนโลยีการแผ่รังสี THz สามารถดึงข้อมูลที่สำคัญของดีเอ็นเอได้เป็นผลให้ THz ในพืชโดยเฉพาะอย่างยิ่งการเลือกอาหารทางเลือกของสายพันธุ์ที่ดี สามารถมีบทบาทสำคัญ กล่าวได้ว่าวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี terahertz มีความสำคัญต่อการเกษตรการแปรรูปอาหารและอุตสาหกรรมอื่น ๆ

THz มีความหลากหลายในด้าน biomedicine ภาพต่อไปนี้แสดงการวินิจฉัยและการประยุกต์ใช้โรคมะเร็งผิวหนังใน THz

(3) THz รังสีสามารถเจาะควันและตรวจจับโมเลกุลที่เป็นพิษหรือเป็นอันตรายดังนั้นจึงสามารถมีบทบาทสำคัญในการตรวจสอบและป้องกันสิ่งแวดล้อม มีรายงานว่าได้มีการติดตั้งอุปกรณ์ตรวจวัดด้านสิ่งแวดล้อม THz (ผลิตโดยใช้เลเซอร์ CO2 เป็นแหล่งผลิตเครื่องสูบน้ำ 2.5 แอ็พ) ติดตั้งระบบดาวเทียม

THz มีข้อดีเฉพาะในการประยุกต์ใช้ความมั่นคงของชาติและการต่อต้านการก่อการร้าย

(1) ใช้คุณสมบัติที่ THz สามารถเจาะสารอังกฤษได้พัฒนากล้อง THz และได้รับการทดสอบในด้านการตรวจสอบความปลอดภัยของสนามบินโดยมีผลดี โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ORNL กำลังทำงานร่วมกับมหาวิทยาลัยเทนเนสซีในโปรแกรมผนังกำแพงซึ่งใช้ภาพ THz เพื่อรับข้อมูลจากภายนอก เห็นได้ชัดว่าเทคนิคนี้มีความสำคัญในด้านความมั่นคงของชาติ

นอกจากนี้การใช้สเปคโทรสท์ THz สามารถตรวจหาและระบุยาได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ สหรัฐอเมริกาได้ดำเนินโครงการต่าง ๆ เช่นการใช้ THz spectroscopy ในการตรวจสอบอีเมลรวมถึงการตรวจหาสารเคมีและผลิตภัณฑ์ชีวภาพ THz

(2) THz ยังมีศักยภาพในด้านเรดาร์และการติดต่อสื่อสาร ไม่ต้องสงสัยเลยว่า THz มีข้อดีอย่างมากในด้านการสื่อสารในอวกาศ หน้าต่างบรรยากาศ THz ได้รับการศึกษา (รูปที่ 6) เรดาร์ THz มีฟังก์ชันพิเศษในการป้องกันการลักลอบ รายงานต่อไปนี้กล่าวถึงปัญหาเรื่องแหล่งกำเนิดรังสีที่มีกำลังสูงซึ่งพร้อมสำหรับเรดาร์ THz และอื่น ๆ การถ่ายภาพและเทคโนโลยีการสื่อสารด้วยดาวเทียม THz อาจเป็นประเด็นสำคัญที่ต้องกังวลเกี่ยวกับอำนาจในอนาคต

(3) THz ถูกใช้เพื่อตรวจจับความล้มเหลวของกระสวยอวกาศ

ไม่นานหลังจากความผิดพลาดของกระสวยอวกาศโคลัมเบียการวิเคราะห์สาเหตุของความผิดพลาดได้ถูกนำเสนอขึ้นอยู่กับภาพวิดีโอจากการเปิดตัวกระสวยอวกาศ ห้องปฏิบัติการอเมริกันได้ทำการทดลอง ความถี่กลางของชีพจร THz คือ lTHz และแบนด์วิธเท่ากับ 3THz ด้วยการทดลองจำนวนมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งการตรวจจับ PAL ~ Ramp SOFI ฉนวนกันความร้อนชั้นโฟมด้วย THz ชีพจรสามารถตรวจสอบได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ทำลายกระสวยอวกาศ โครงการอวกาศของเราจะต้องใช้เทคโนโลยีดังกล่าวอย่างแน่นอน

THz วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเป็นรากฐานของอุตสาหกรรมไอทียุคใหม่

(1) นักวิทยาศาสตร์คาดว่า THz จะมีความสามารถในการแข่งขันด้านวิทยาศาสตร์เทคโนโลยีและอุตสาหกรรมไอทีที่ทันสมัยเมื่อมีการพัฒนาแหล่งกำเนิดรังสีความร้อนและเทคโนโลยีการตรวจจับ THz การแข่งขันครั้งนี้ได้เริ่มขึ้นแล้ว

(Rutherford Appleton Lab (RAL)) และ European Space Agency (ESA) ในปี 2545 คณะผู้บริหารระดับสูง Star Ti ger หลังจากความสำเร็จของแผนจัดตั้ง บริษัท ThruVision บริษัท ที่เชี่ยวชาญในการทำงานการค้าของภาพ THz การถ่ายภาพ THz แบบพาสซีฟที่มีลักษณะดังต่อไปนี้: Passive ไม่จำเป็นต้องมี THz source; B. การถ่ายภาพเรียลไทม์ มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ได้สร้าง TeraView Ltd ซึ่งเป็น บริษัท เทคโนโลยีชั้นสูงที่ชื่อว่า Spinoff มีส่วนร่วมในการพัฒนากล้อง THz;

(3) Picometrix ถูกบ่มในมหาวิทยาลัย Michigen และมหาวิทยาลัย Stanford Physicalscience Inc. ; Calabazas Creek Res. Inc บริษัท เช่น Picometrix ตั้งอยู่ในรัฐแคลิฟอร์เนียได้รับมอบหมายจาก "มอบวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี THz ให้กับ LABS ของรัฐบาลและมหาวิทยาลัยเพื่อใช้ในการวิจัย"

(4) นอกจากนี้ยังมีอีกหลาย บริษัท ในประเทศญี่ปุ่นที่เข้าร่วมในการวิจัยการพัฒนาและการค้าของ THz science and technology รวมถึงแหล่งพลังงาน THz ที่มีกำลังไฟสูง IT สามารถเห็นได้ว่าอุตสาหกรรมไอทียุคใหม่ที่อิงกับศาสตร์และเทคโนโลยี THz ได้เริ่มทวีความรุนแรงขึ้นเรื่อย ๆ

การศึกษาเทคโนโลยี THz เองเป็นเรื่องที่สำคัญ

เช่นกลไกการสร้างรังสี THz ต่างๆการแพร่กระจายและการส่งผ่านของชีพจรสั้นพิเศษ THz ปฏิสัมพันธ์ระหว่าง THz กับสสาร ฯลฯ

ด้านล่างมีแผนภาพโครงสร้างของการสร้างภาพ THz และสเปกตรัม THz หนึ่งในนั้นคือแผนภาพบล็อกภาพ THz ขนาด 150 ไมครอนที่พัฒนาขึ้นโดย JPL การพัฒนาและการประยุกต์ใช้ THz imaging และ THz spectrum สามารถดูได้จากแผนภาพบล็อกเหล่านี้

ในเวลาเดียวกันยังสามารถเห็นได้ว่าเพื่อสร้าง THz ภาพและสเปกตรัม THz จำเป็นต้องศึกษาสิ่ง THz อุปกรณ์และส่วนประกอบเช่นแหล่ง THz, ตรวจจับ THz, ผสม, ส่ง THz, จังหวะ ฯลฯ ในรูปแบบระบบสมบูรณ์ ของ THz imaging และ THz spectrum จากส่วนถัดไปเราจะพูดถึงอุปกรณ์และส่วนประกอบเหล่านี้