Menu

Створений маленький і простий сенсор, що дозволяє детектувати імпульси терагерцового випромінювання, перетворюючи їх на звук

Создан маленький и простой сенсор, позволяющий детектировать импульсы терагерцового излучения, преобразовывая их в звук


Електромагнітне випромінювання терагерцового діапазону являє собою неіонізуюче проникаюче випромінювання, однаково добре проходить через тканини живого організму і багато видів матеріалів штучного та природного походження. Такий вид випромінювання має величезні перспективи використання в медицині для діагностики різних захворювань, в системах безпеки, здатних виявити приховане зброю і вибухові речовини, і в промисловості для виявлення прихованих дефектів в виробленої продукції. Але початок широкого практичного використання терагерцового випромінювання заважає цілий ряд труднощів технічного плану, деякі з яких не подолані і по сьогоднішній день.

До терагерцовому діапазону відносяться електромагнітні хвилі, частота яких лежить в проміжку між 300 і 3000 гігагерц, між мікрохвильовим і довгохвильовим інфрачервоним діапазонами. В силу багатьох причин різного плану цей діапазон дуже довго залишався білим плямою всього електромагнітного спектра, а це, в свою чергу, послужило причиною того, що і зараз сучасна наука страждає від відсутності ефективних випромінювачів, датчиків і методів детектування терагерцовых хвиль. Всі датчики, що працюють в терагерцевому діапазоні, вимагають охолодження до кріогенних температур або використання надзвичайно складних оптико-електронних систем. Крім цього, існуючі датчики мають вкрай низькою швидкодією і не можуть реєструвати швидкоплинних імпульси терагерцового випромінювання.

"Для практичного застосування людям необхідні компактні терагерцових системи, здатні працювати при кімнатній температурі. Крім цього, такі системи повинні мати високу чутливість і високу швидкодію, що дозволить їм працювати в режимі реального часу" - розповідає Л. Джей Гуо, професор Мічиганського університету, група якого розробила досить простий метод детектування імпульсів терагерцового випромінювання. Вчені виготовили складний матеріал, що представляє собою суміш з вуглецевих нанотрубок та спеціальної силіконової гуми, датчик з якого вловлює терагерцових імпульси, перетворює їх в звукові коливання, які, в свою чергу, реєструються чутливим акустичним датчиком.

Новий терагерцовый датчик працює за допомогою фотоакустического ефекту, який полягає у формуванні звукових хвиль, що генеруються певним матеріалом, деформирующимся під впливом тепла, викликаного нагріванням від поглинання світлових імпульсів. Матеріалом, мають високу поглинаючу здатність в терагерцевому діапазоні є вуглецеві нанотрубки, які, поглинаючи випромінювання, нагріваються до високої температури. Виділяється тепло нагріває силіконову гуму, має одне з найвищих значень коефіцієнта температурного розширення, гума деформується у відповідності з рівнем нагріву нанотрубок та її поверхня випромінює звукові коливання.

На жаль, самі акустичні чутливі датчики, що використовуються в медичній ультразвукової діагностики, не володіють достатнім швидкодією і чутливістю, необхідними для детектування вторинних акустичних коливань, викликаних імпульсами терагерцовых хвиль. Тому дослідникам довелося створити свій власний широкосмуговий акустичний детектор. Він являє собою крихітне оптичний пристрій, забезпеченою мікроскопічним кільцевим резонатором, виготовленим із спеціального полімеру. Цей резонатор коливається на власній резонансній частоті, але будь-яка звукова хвиля стає причиною зміни частоти коливань, що реєструється за допомогою променя лазера, відображеного від поверхні кільця.

Вищеописана технологія детектування терагерцовых хвиль і послідовності їх подальшого перетворення може здатися комусь дуже складною. Насправді конструкція пристрою в цілому досить проста і малогабаритна. Датчик, включає кільцевий резонатор, має габарити близько 100 мікрометрів і він забезпечує швидкість реакції на зміни терагерцового сигналу близько 100 наносекунд, чого цілком достатньо для створення скануючих терагерцовых систем, що працюють в режимі реального часу. А безліч таких датчиків, зібраних у єдину матрицю, можуть забезпечити відтворення достатньо якісної картинки.

|