Терагерцовое излучение
Генерация и регистрация терагерцового излучения ультракороткими лазерными импульсами. Перспективы и тенденции развития терагерцовых технологий: патентный ландшафт. Источники терагерцового излучения. Газовый лазер. Метод электрооптического стробирования.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 16.02.2019 |
Размер файла | 18,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1
1
ТЕРАГЕРЦОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
Костюков А.М.
Терагерцовое излучение -- вид электромагнитного излучения, спектр частот которого приблизительно расположен между 0.1 ТГц до 10 ТГц, т.е. выше, чем показатели радиоволн и микроволн, но ниже инфракрасного света. Так как длина этих волн находится в диапазоне от 0.03 мм до 3 мм (чаще всего ниже 1 мм), терагерцовое излучение иногда называют субмиллиметровым излучением.
Долгое время терагерцовое излучение мало использовалось в науке и различных технологиях, в основном, потому что не было ни хороших источников, ни подходящих приемников. Поэтому, этот спектр частот часто называли «терагерцовым провалом». Но ситуация изменилась с ростом интереса в изучении терагерцовых волн, начиная с 1980-х годов, и все больше и больше исследовательских групп было вовлечено в эту область. Огромные достижения в развитии данного излучения можно объяснить развитием фотоники -- области физики, которая связана с излучением, поведением последствиями существования и уничтожения фотонов, благодаря которой нашли решения для создания и обнаружения терагерцовых волн. Эти достижения дали толчок дальнейшему развитию различных областей технологий терагерцового излучения. С начала XXI века это бурно развивающееся направление, имеющее перспективы в различных отраслях.
Источники терагерцового излучения. Газовый лазер.
Определенные молекулярные газовые лазеры могут создавать терагерцовое излучение (они также называются дальними инфракрасными лазерами). Они используют переходы определённых молекул (например, метанола) между их вращательными состояниями, получая выходную мощность от нескольких милливатт до 10. При таком способе КПД очень низок.
Источники, полученные с помощью микроволнового излучения.
Микроволновое излучение используются, например, в диодах Ганна, лавиннопролётных диодах (ЛПД, IMPATT-диод) и резонансно-туннельных диодах. Некоторые из них уже давно были оптимизированы для высокочастотного излучения. Однако, в таком режиме производительность была намного ниже, чем на низких частотах.
Другим способом получения высоких частот является генерирование гармоник в нелинейных электронных устройствах. Для этого требуется мощные источники и чаще всего в итоге получают низкую выходную мощность.
В целом, производительность таких микроволновых источников довольно умеренная с точки зрения выходной мощности.
Лазеры на свободных электронах и синхротроны.
Лазеры на свободных электронах так же, как и синхротроны -- мощные источники ТГц излучения. Они полезны для разнообразных исследовательских целей, но в то же время они очень большие и затратные. Поэтому, они ограничены в повсеместном использовании в терагерцовой технологии.
Фотопроводящая антенна.
Эта антенна состоит из двух металлических электродов, нанесенных на полуизолирующую полупроводниковую подложку, между которых располагается зазор. На электроды подается электрическое напряжение. Так как подложка является полуизолирующей, электрическая энергия запасается в области зазора и сверхкороткие лазерные импульсы играют роль быстродействующих переключателей, которые замыкают электрический контур и, тем самым, способствуют генерации ТГц импульса в результате ускоренного движения носителей в полупроводнике.
Приемники терагерцового излучения. Болометры.
Болометры используются для того, чтобы выявлять разнообразные формы радиации, опираясь на изменение электрического сопротивления теплочувствительного элемента при нагревании его из-за поглощения измеряемого потока излучения.
Фотопроводящая антенна.
Фотопроводящая антенна может применяться не только с целью создания терагерцовых волн, но также с целью их выявления. Однако, к электродам вместо источника напряжения подключается измеритель тока. Регистрируется импульс тока, получаемый при одновременном освещении полупроводника терагерцовым и зондирующим (пробным) лазерным импульсом.
Метод электрооптического стробирования
Электрооптическое стробирование базируется на эффекте, противоположном оптическому выпрямлению - эффекте Поккельса, который заключается в изменении показателя преломления среды в оптическом диапазоне в присутствии внешнего электрического поля (в данном случае, поля терагерцового импульса). В методе электрооптического стробирования поле терагерцового импульса изменяет ориентацию эллипсоида показателей преломления электрооптического кристалла (кристалл становится двулучепреломляющим). При прохождении через кристалл линейно поляризованного зондирующего импульса совместно с терагерцовым импульсом, поляризация зондирующего импульса становится эллиптической в результате различного набега фаз для обыкновенной и необыкновенной волны. Величина эллиптичности (пропорциональная величине терагерцового поля) может быть зарегистрирована с помощью поляризационного анализатора (например, призмы Волластона). Обычно два пучка разных поляризаций, полученные с помощью анализатора, детектируется двумя фотодиодами. Регистрация разностного сигнала с диодов позволяет подавить шумы лазера и увеличить полезный сигнал вдвое (по сравнению с сигналом одного диода).
Применение терагерцового излучения
Терагерцовое излучение трудно передавать через кабель, но можно передавать по воздуху. Однако, на разных частотах, молекулы воздуха сильно поглощают ТГц-волны. Пока что передача возможна лишь на расстояния в несколько метров. Пропускная способность и потенциальная емкость данных намного выше, чем в системах, работающих на микроволновом излучении (например, WLAN). Но, с другой стороны, стоимость терагерцовых источников очень высока.
Системы безопасности
ТГц-излучение способно проникать через такие материалы, как бумага, пластмассу, одежду, однако в отличие от рентгеновского излучения, оно не ионизирующее и не причиняет ущерба организму. С его помощью возможно рассмотреть скрытые под одеждой человека металлические предметы, взрывчатые и другие запрещенные вещества.
Медицина
Одним из наиболее важных применений ТГц-излучений в медицине является раннее выявление и диагностирование заболеваний. Прозрачность материалов в ТГц-диапазоне дает возможность обследовать рану без снятия гипса или бинтов. ТГц-излучение сможет помочь выявлять эпителиальную опухоль с помощью более безопасных диагностических систем. Кроме того, это излучение может найти применение в стоматологии для объемного изображения зубов.
Спектроскопия
Большая часть свойственных спектральных особенностей разных конденсированных сред (твердые тела, жидкости, биомедицинские ткани, водные растворы и смеси, химические соединения различной агрегации) -- характеристические черты подобных сред попадают именно в терагерцовый диапазон. Данные черты применяются в качестве избирательной диагностики.
Спектральные свойства терагерцовой (ТГц) спектроскопии определяют ее значимость с точки зрения разных применений в безопасности, биомедицинских технологий, фармацевтике, нанотехнологиях, микро- и нано- электронике, контроле продуктов питания, мониторинга климата, астрономии, космической связи и т.д.
Решения с применением ТГц-излучения в наше время усиленно патентуется. В 1980 гг. число изобретений по этой тематике составляло единицы, с 1980 по 1998 гг. ежегодный прирост по исследуемой теме составлял 2-3 патента в год, к 1999 г. количество патентных документов составило 21. Начиная с 2000 г. наблюдается постоянный рост количества изобретений. В 2016 г. количество патентных семейств достигло цифры 754.
Исходя из всего вышесказанного, ТГц технологии имеют чрезвычайно широкие перспективы применения в различных отраслях, при этом спектр областей их использования постоянно расширяется.
терагерцовый излучение лазерный импульс
Список литературы
1) Гареев, Г.З. Лучинин, В.В. Применение ТГц-излучения для обеспечения жизнедеятельности человека [Текст] / Г.З. Гареев, В.В. Лучинин // Междисциплинарная платформа «Биосфера». - 2014. - №6(36). - С. 71
2) Усанов, Д.А. Романова, Н.В. Салдина, Е.А. Перспективы и тенденции развития терагерцовых технологий: патентный ландшафт [Текст] / Д.А. Усанов, Н.В. Романова, Е.А. Салдина // Патентные ландшафты. - 2017. -№3. - C.189
3) Хохлов, Д.Р. Т-лучи: физика и возможности применения [Текст] / Д.Р. Хохлов // Советский физик. - 2014. -№5(108). - С. 3.
4) Царев, М.В. Генерация и регистрация терагерцового излучения ультракороткими лазерными импульсами [Текст]: учебное пособие / М.В. Царев. - Нижний Новгород: Издво ННГУ, 2011. - 75 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Типы источников излучения, принципы их классификации. Источники излучения симметричные и несимметричные, газоразрядные, тепловые, с различным спектральным распределением энергии, на основе явления люминесценции. Оптические квантовые генераторы (лазеры).
реферат [1,8 M], добавлен 19.11.2010Лазер и его классификация. Лазерное излучение и его особенности, типы и характер воздействия, особенности действия на организм человека. Факторы лазерного излучения. Обеспечение лазерной безопасности, методы защиты от данного типа излучения на сегодня.
реферат [29,6 K], добавлен 13.07.2011Природа ультрафиолетового излучения, его диапазон и действие на клетку, кожу и атмосферу. Искусственные источники ультрафиолетового излучения: бактерицидные лампы и облучатели. Бактерицидное и биологическое действие ультрафиолетового излучения.
курсовая работа [83,1 K], добавлен 01.02.2011Загальна характеристика терагерцового випромінювання. Напівпровідникові гетероструктури. Загальна характеристика речовин GaAs, AlAs. Будова надрешітки. Рух електронів у статичному електричному полі та у терагерцових полях. Використання осцилятора.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 04.12.2014Внутренняя энергия нагретого тела. Источники теплового излучения. Суммарное излучение с поверхности тела. Интегральный лучистый поток. Коэффициент излучения абсолютно черного тела. Степень черноты полного нормального излучения для различных материалов.
реферат [14,7 K], добавлен 26.01.2012Источники и свойства инфракрасного, ультрафиолетового и рентгеновского излучений. Характеристики границ видимого излучения. Положительные и отрицательные воздействия ультрафиолетового излучения. Функции и применение рентгеновских лучей в медицине.
презентация [398,7 K], добавлен 03.03.2014Поля и излучения низкой частоты. Влияние электромагнитного поля и излучения на живые организмы. Защита от электромагнитных полей и излучений. Поля и излучения высокой частоты. Опасность сотовых телефонов. Исследование излучения видеотерминалов.
реферат [11,9 K], добавлен 28.12.2005Электромагнитное излучение как распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля, его виды. Применение радиоволн, инфракрасного излучения. Распространение и краткая характеристика электромагнитного излучения.
презентация [2,6 M], добавлен 31.03.2015Особенности формирования катодолюминесцентного излучения. Генерация неравновесных носителей заряда, их движение и рекомбинация. Пространственное разрешение катодолюминесцентной микроскопии. Методика экспериментальных исследований, информативность сигнала.
реферат [5,2 M], добавлен 06.06.2011Свойства, длина волны, спектр, источники, применение невидимого глазом электромагнитного ультрафиолетового излучения. Положительное и негативное воздействие УФ-излучения на человека. Действие облучения на кожу во время высокой солнечной активности.
презентация [64,7 K], добавлен 12.04.2015Изучение история открытия, назначения и механизмов работы лазеров - источников когерентного оптического излучения, принцип действия которых основан на использовании явления индуцированного излучения. Лазеры в технологии, в авиации, в медицине и науке.
реферат [121,0 K], добавлен 20.12.2010История создания лазера, их виды: твердотельные, полупроводниковые, на красителях, газовые, эксимерные, химические, волоконные, вертикально-излучающие. Положительное и отрицательное влияние излучения на организм. Обеспечение лазерной безопасности.
презентация [159,4 K], добавлен 06.12.2015Открытие рентгеновского излучения. Источники рентгеновских лучей, их основные свойства и способы регистрации. Применение рентгеновского излучения в металлургии. Определение кристаллической структуры и фазового состава материала, анализ их несовершенств.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 21.02.2013Получение рентгеновского излучения. Обнаружение рентгеновского излучения. Рентгеновская и гамма-дефектоскопия. Дифракция рентгеновского излучения. Методы дифракционного анализа. Спектрохимический рентгеновский анализ. Медицинская рентгенодиагностика.
реферат [1,1 M], добавлен 09.04.20031 квантово-механическая гипотеза Планка о квантованности излучения (поглощения) и вывод формулы для спектральной плотности энергетической светимости черного тела - теоретическое обоснование экспериментально наблюдавшихся законов излучения черного тела.
реферат [71,4 K], добавлен 08.01.2009История открытия инфракрасного излучения, источники, основное применение. Влияние инфракрасного излучения на человека. Особенности применения ИК-излучения в пищевой промышленности, в приборах для проверки денег. Эффект теплового воздействия на организм.
презентация [373,2 K], добавлен 21.05.2014История открытия рентгеновского излучения. Источники рентгеновских лучей, их основные свойства и способы регистрации. Рентгеновская трубка, ускорители заряженных частиц. Естественная и искусственная радиоактивность. Применение рентгеновского излучения.
презентация [427,3 K], добавлен 28.11.2013Ознакомление с основами возникновения теплового излучения. Излучение абсолютно чёрного тела и его излучения при разных температурах. Закони Кирхгофа, Стефана—Больцмана и Вина; формула и квантовая гипотеза Планка. Применение методов оптической пирометрии.
презентация [951,0 K], добавлен 04.06.2014Применение излучения эксимерных лазеров. Классификация молекул рабочего вещества. Процесс получения генерации. Охлаждение, вентиляция и очистка рабочего газа. Накачка электронным пучком или электрическим разрядом. Коммерческие модели эксимерных лазеров.
учебное пособие [555,6 K], добавлен 27.11.2009Электромагнитное поле, его характеристики и источники. Влияние электромагнитных лучей, исходящих от сотовых телефонов, на организм человека. Источники радиационного излучения: естественные и созданные человеком. Термины и единицы измерения радиации.
курсовая работа [134,2 K], добавлен 10.04.2014