ГЛАВНАЯ » 2013 » Июнь » 30 » Создан новый метод съемки в терагерцовом диапазоне, использующий уникальную технологию лазерно-электронного кодирования
12:11
Создан новый метод съемки в терагерцовом диапазоне, использующий уникальную технологию лазерно-электронного кодирования
Вселенная пронизана электромагнитными волнами терагерцового (THz) диапазона, которые практически безвредны для живых организмов и которые обладают большой проникающей способностью. Но в отличие от волн других частей электромагнитного спектра, терагерцовыми волнами крайне тяжело управлять, усиливать, преломлять и фокусировать их для того чтобы получать изображения различных объектов и материалов, с которыми взаимодействуют терагерцовые волны.Большинство существующих устройств, позволяющих выполнить съемку в терагерцовом диапазоне, используют запредельно дорогостоящие технологии, или требуют проведения многочасовой кропотливой ручной настройки для того, чтобы получить изображение приемлемого качества.Основная проблема заключается в том, что терагерцовые электромагнитные волны, находящиеся между микроволновой и инфракрасной областями спектра, крайне слабо регистрируются обычными полупроводниковыми датчиками. Помимо этого, высокая проникающая способность THz-волн затрудняет управление их потоком, что не дает нормально их сфокусировать, преломить и направить на датчик с целью создания высококачественного изображения. Но ученые постоянно пытаются изобрести новые методы получения изображений в диапазоне THz, что обусловлено тем, что этот диапазон таит в себе массу возможностей, которые можно использовать в системах безопасности для обнаружения скрытых предметов, в химических анализаторах и медицинских диагностических устройствах, легко выявляющих заболевания, которые трудно определить с помощью других методов.
Профессор Вилли Дж. Пэдилла (Willie J. Padilla) и его группа из лаборатории физики Бостонского колледжа опубликовали на страницах издания Optics Express сообщение о своих успехах в направлении создания доступного и эффективного устройства съемки в терагерцовом диапазоне. Используя комбинацию электронного и оптического управления, ученые создали технологию съемки, которая с помощью датчика с единственным пикселом и настраиваемой кодируемой матрицы, своего рода цифрового светофильтра, позволяет сделать качественные снимки в терагерцовом диапазоне.
Основной частью проделанной учеными работы стало изготовление эффективной управляемой маски, которая выполняет роль объектива терагерцовой камеры. Сами ученые называют разработанную ими технологию "мультиплексная технология кодируемой апертуры". В этой технологии используется лазерный луч и электронные сигналы, совокупность которых позволяет закодировать последовательность состояний полупроводникового кристалла маски таким образом, что датчик с единственным пикселом может всего за несколько секунд воссоздать картину терагерцовых волн, прошедших через исследуемый объект.
Оптико-цифровое устройство на основе подвижных зеркал модулирует луч лазерного света, который освещает определенные участки маски, изготовленной из тонкого слоя кремния. Это, в комбинации с электрическими сигналами, определенной формы, частоты и амплитуды, позволяет волнам терагерцового диапазона свободно проходить только лишь через определенные области маски, попадая на датчик с единственным пикселом, имеющий высокую чувствительность в диапазоне THz. Быстрая смена конфигурации маски позволяет получить достаточный объем данных с помощью которых производится цифровая реконструкция конечного изображения.
Проводя свои эксперименты, ученые обнаружили, что, используя лазерно-электронное кодирование, они могут получить снимки любого разрешения в пределах от 63 до 1023 точек по каждой оси, при этом, скорость с которой система делает снимки, равна одному кадру в две секунды, что является необычайно высокими показателями для систем съемки в терагерцовом диапазоне. В настоящее время ученые, вдохновленные полученными результатами, проводят дополнительные исследования, направленные на улучшение способов управления волнами терагерцового диапазона с помощью метаматериалов, сложных материалов, имеющих специальную структуру и форму поверхности, что позволит значительно ускорить работу их THz-камеры.
