Терагерцовое излучение
Терагерцовое излучение — также известное как субмиллиметровое излучение , терагерцовые волны , чрезвычайно высокая частота [1] ( ТГФ ), Т-лучи , Т-волны , Т-свет , Т-люкс или ТГц — состоит из электромагнитных волн в диапазоне, определенном МСЭ . частот от 0,3 до 3 терагерц (ТГц) [2] , хотя верхняя граница несколько условна и в некоторых источниках считается 30 ТГц. [3] Один терагерц равен 10 12 Гц.или 1000 ГГц. Длины волн излучения в терагерцовом диапазоне соответственно составляют от 1 мм до 0,1 мм = 100 мкм. Поскольку терагерцовое излучение начинается с длины волны около 1 миллиметра и переходит в более короткие волны, его иногда называют субмиллиметровым диапазоном , а его излучение — субмиллиметровыми волнами , особенно в астрономии . Этот диапазон электромагнитного излучения находится в переходной области между микроволновым и дальним инфракрасным диапазоном и может рассматриваться как любой из них.
Терагерцовое излучение сильно поглощается газами атмосферы , а в воздухе ослабляется до нуля в пределах нескольких метров [4] [5] , поэтому для наземной радиосвязи оно нецелесообразно . Он может проникать сквозь тонкие слои материалов, но блокируется более толстыми предметами. Лучи терагерцового диапазона, проходящие через материалы, могут использоваться для характеристики материала , проверки слоев, измерения рельефа [6] и в качестве низкоэнергетической альтернативы рентгеновским лучам для получения изображений с высоким разрешением внутренней части твердых объектов. [7]
Терагерцовое излучение занимает золотую середину, где диапазоны микроволн и инфракрасных световых волн перекрываются, известное как « терагерцовая щель »; он называется «разрывом», потому что технология его генерации и манипулирования все еще находится в зачаточном состоянии. Генерация и модуляция электромагнитных волн в этом диапазоне частот становится невозможной с помощью обычных электронных устройств, используемых для генерации радиоволн и микроволн, что требует разработки новых устройств и методов.
Терагерцовое излучение находится между инфракрасным излучением и микроволновым излучением в электромагнитном спектре , и оно имеет некоторые общие свойства с каждым из них. Терагерцовое излучение распространяется по прямой видимости и не является ионизирующим . Подобно микроволнам, терагерцовое излучение может проникать через самые разные непроводящие материалы ; одежда, бумага, картон , дерево, каменная кладка , пластмасса и керамика . Глубина проникновения обычно меньше, чем у микроволнового излучения. Как и инфракрасное, терагерцовое излучение имеет ограниченное проникновение через туман и облака .и не может проникать в жидкую воду или металл. [9] Терагерцовое излучение может проникать на некоторое расстояние через ткани тела подобно рентгеновским лучам, но в отличие от них не является ионизирующим , поэтому оно представляет интерес в качестве замены медицинских рентгеновских лучей. Из-за большей длины волны изображения, полученные с использованием терагерцовых волн, имеют более низкое разрешение, чем рентгеновские лучи, и их необходимо улучшать (см. рисунок справа). [8]
Земная атмосфера является сильным поглотителем терагерцового излучения, поэтому дальность действия терагерцового излучения в воздухе ограничена десятками метров, что делает его непригодным для дальней связи. Тем не менее, на расстоянии ~ 10 метров эта полоса частот может по-прежнему обеспечивать множество полезных применений при визуализации и построении систем беспроводной связи с высокой пропускной способностью , особенно внутренних систем. Кроме того, создание и обнаружение когерентного терагерцового излучения остается технически сложной задачей, хотя в настоящее время существуют недорогие коммерческие источники в диапазоне 0,3–1,0 ТГц (нижняя часть спектра), включая гиротроны , генераторы обратной волны и резонансно-туннельные диоды . [ссылка нужна ]
Терагерцовый диапазон, охватывающий диапазон длин волн от 0,1 до 1 мм, идентичен субмиллиметровому диапазону длин волн. Однако, как правило, термин «терагерцовый» чаще используется в маркетинге в связи с генерацией и обнаружением с помощью импульсных лазеров, как, например, в терагерцовой спектроскопии во временной области , в то время как термин «субмиллиметровый» используется для генерации и обнаружения с помощью микроволновых технологий, таких как гармоническое умножение. [ нужна ссылка ]
