Introducción a la tecnología Terahertz
Con la profundización de la investigación, la tecnología Terahertz (THz) continúa logrando avances revolucionarios, atrayendo una atención cada vez mayor tanto de la investigación científica como de los sectores industriales. Este artículo revisa sistemáticamente los principios básicos, las tres principales direcciones de aplicación y los productos representativos de la tecnología THz, ayudando a los lectores a establecer rápidamente una comprensión completa de este campo de vanguardia.
¿Qué son las ondas de terahertz?
Las ondas de terahertz (ondas THz) se refieren a una banda de frecuencia única en el espectro electromagnético, típicamente oscilando de 0,1 a 10,0 THz en frecuencia y cubriendo longitudes de onda de 30μComo se muestra en la Figura 1, las ondas THz están situadas entre microondas y luz infrarroja. Poseen tanto la controlabilidad de la electrónica como las ventajas de alta frecuencia de la fotónica, presentando distintas características de cruzamiento optoelectrónico.
(Figura 1: Diagrama esquemático de la banda de frecuencia de Terahertz)
Tres principales direcciones de aplicación de la tecnología Terahertz
La banda de frecuencia THz fue una vez menos investigada en comparación con las bandas de microondas e infrarrojos debido a un sistema teórico incompleto y una relativa falta de fuentes de radiación y detectores eficientes. Sin embargo, con el desarrollo continuo de los recursos del espectro, se han hecho progresos notables en los últimos años en la espectroscopia de THz, la tecnología de imágenes y la tecnología de comunicación.
1. Tecnología de espectroscopia de Terahertz: La espectroscopia THz puede revelar información estructural molecular y contiene ricas características físicas y químicas, cubriendo varios fenómenos de excitación como la excitación de baja energía de materiales electrónicos y vibraciones de moléculas líquidas. La Figura 2 ilustra tres rutas técnicas representativas de espectroscopia THz.
Figura 2: a) Sistema clásico de espectroscopia de dominio temporal (TDS) THz reflectante
b) Sistema de espectroscopia THz con resolución temporal
c) Sistema de espectroscopia de emisión THz
2. Tecnología de imágenes de Terahertz: Basándose en la alta penetrabilidad de las ondas THz, las capacidades de prueba no destructivas y las características únicas del "espectro de huellas digitales" de la mayoría de las sustancias en la banda THz, la imagen THz reconstruye las imágenes THz correspondientes mediante el procesamiento y el análisis de la información del espectro de transmisión o reflexión de las muestras. Los principales métodos de imágenes actuales incluyen: imágenes de escaneo raster de dominio temporal THz, imágenes de plano focal en tiempo real, tomografía computarizada (TC), imágenes de onda continua (CW) e imágenes de campo cercano.
Figura 3: a) sistema de imagen de plano focal en tiempo real a THz;
b) Imagen de campo cercano en plano focal THz
c) Sistema de imágenes de onda continua THz
La espectroscopia THz y las tecnologías de imagen han mostrado amplias perspectivas de aplicación en campos como el cribado de seguridad, la investigación de la ciencia de los materiales, la imagen médica y las pruebas no destructivas.
Figura 4: a) detección de seguridad a THz;
b) Imagen de células THz
c) Ensayos no destructivos a THz
3. Tecnología de comunicación de Terahertz: La comunicación THz ofrece las siguientes ventajas destacadas: abundantes recursos de ancho de banda capaces de soportar la creciente demanda de comunicación de ultra alta velocidad; tamaño pequeño de la antena con una fuerte direccionalidad; y dispersión débil con buena penetración a través de las nubes. Por otro lado, el vapor de agua en la atmósfera absorbe fuertemente las ondas THz, lo que hace que la comunicación THz sea naturalmente adecuada para escenarios como la comunicación intersatélite, la comunicación aire-aire estratosférica, las redes LAN inalámbricas terrestres de corto alcance y la comunicación atmosférica segura de corto alcance.
Figura 5: a) Comunicación intersatélite a THz;
b) Red LAN inalámbrica terrestre de corto alcance
Dispositivos ópticos Terahertz
El desarrollo de la espectroscopia THz y las tecnologías de imagen se basa en el soporte de dispositivos ópticos de alto rendimiento. Los dispositivos ópticos THz comúnmente utilizados incluyen espejos parabólicos fuera del eje, lentes THz, retroreflectores huecos, divisores de haz THz y polarizadores THz.
Guangtan Intelligent Technology ofrece los siguientes productos de dispositivos ópticos THz:
Espejos parabólicos fuera del eje (OAP): Este es el espejo más comúnmente utilizado en la tecnología de espectroscopia de THz, que funciona para reflejar y enfocar haces paralelos de THz, y también se puede usar en sentido inverso (ver el papel de las PM en la trayectoria óptica de la Figura 2 (a)). La compañía ofrece productos estándar con sustratos de aleación de aluminio 6061-T6 en diámetros de 25,4 mm y 50,8 mm, recubiertos con películas de oro, plata o aluminio, todos con una°ángulo fuera del eje. Entre ellos, la reflectividad de la película de oro en la banda THz puede alcanzar más del 95%.
(Figura 6: Espejo parabólico fuera del eje)
Retroreflectores huecos: También conocidos como cubos de esquina huecos o retroreflectores, estos dispositivos aseguran que la luz saliente vuelva paralela a la luz entrante a 180°C.°independientemente de si el ángulo de incidente es estrictamente vertical. La compañía ofrece retroreflectores huecos recubiertos de oro o recubiertos de aluminio con aberturas efectivas de 25,4 mm, 50,8 mm y 63,5 mm. Cuentan con un diseño ligero hueco, realizado mediante la unión de tres placas de vidrio planas K9 perpendiculares entre sí. Esto reduce el peso al tiempo que reduce los requisitos para el entorno de uso, asegurando que la luz incidente se refleje con alta precisión.
Lentes THz:Utilizados principalmente para enfoque y colimación en sistemas, se aplican ampliamente en espectrómetros THz, sistemas de imágenes THz y campos de investigación relacionados. Los materiales con excelente transmitancia en la banda THz incluyen principalmente materiales poliméricos y silicio de alta resistividad, con TPX (polimetilpenteno) que muestra un rendimiento de transmisión particularmente sobresaliente. La compañía ofrece lentes TPX con diámetros de 25,4 mm y 38 mm, que cubren diversas especificaciones de distancia focal como 35 mm, 50 mm, 100 mm y 200 mm.
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