پتانسیل و کاربردهای موج تراهرتز

کاربردهای موج تراهرتز چیست؟
تابش THz را می توان در بسیاری از کاربردها از جمله تصویربرداری تراهرتز، طیف سنجی و ارتباطات بی سیم استفاده کرد.

تصویربرداری زیست پزشکی یکی از زیرمجموعه های تصویربرداری THz است. امواج THz می توانند تا چند صد میکرومتر در بافت های انسان نفوذ کنند.

بنابراین، می توان از تصویربرداری پزشکی تراهرتز برای تشخیص سطح بدن مانند تشخیص سرطان پوست، دهان و پستان و تصویربرداری از دندان استفاده کرد.

همچنین، سیستم های THz بازار بالقوه ای برای کاربردهای امنیتی، تشخیص مواد منفجره جامد و غربال گری نامه دارند. نکته آخر اینکه تصویربرداری THz یک روش مناسب برای بازرسی های بسته بندی نیمه هادی است.

طیف سنجی تراهرتز یک تکنیک بسیار قدرتمند برای توصیف خصوصیات مواد و درک امضای آن ها در این باند است. طیف سنجی THz درک ویژگی های جذب در بسیاری از نمونه های تک بلوری، ریزبلورها و پودر مولکول های آلی را افزایش داده است.

شکل 3 نمونه ای از نتیجه اندازه گیری را برای شناسایی حالت های ارتعاشی مولکول های «مالتوز» (Maltose) نشان می دهد.

شکل 3: طیف ارتعاشی اندازه گیری مالتوز در یک سیستم طیف سنجی حوزه زمانی THz، نمودار بالا سیگنال THz اندازه گیری شده را بدون نمونه مالتوز نشان می دهد. پیکان های زیر نمودار فرکانس های ارتعاشی مولکول های مالتوز را نشان می دهد. ساختار مولکولی مالتوز در شکل نشان داده شده است.

طیف سنجی THz در علوم بیوشیمیایی مانند تجزیه و تحلیل امضاهای DNA و ساختارهای پروتئینی کاربرد دارد.

کنترل خطی فرایندهای تولید یکی دیگر از کاربردهای بالقوه طیف سنجی تراهرتز است که می تواند اندازه گیری های بدون تماس و در زمان واقعی را مهیا کند. به دلیل جذب زیاد آب در فرکانس های تراهرتز، می توان طیف سنجی THz را به طور مثبت دستکاری کرد تا مواد هیدراته را از مواد خشک شده تفکیک کرد.

به عنوان مثال، در صنعت کاغذسازی، از طیف سنجی THz برای نظارت بر ضخامت و رطوبت کاغذها استفاده شده است.

در برخی کاربردها، مانند آزمایش غیرمخرب، از هر دو تصویربرداری و طیف سنجی تراهرتز استفاده می شود.

به عنوان مثال، تصویربرداری و طیف سنجی تراهرتز در تحقیقات تاریخ هنر به تصویربرداری از آثار باستانی، کشف ضخامت لایه های مختلف آثار هنری و نشان دادن انواع مواد کمک می کند.

شکل 4 یک تصویر قابل مشاهده (سمت چپ) و تصویر تراهرتز از نقاشی را بر اساس طیف یکپارچه بین 0٫5 تا 1 تراهرتز (راست) نشان می دهد.

شکل 4: (الف) عکس قابل مشاهده (ب) تصویر THz در طیف یکپارچه بین 0٫5 تا 1 تراهرتز.

تصویربرداری تراهرتز اطلاعات مربوط به زیرلایه های نقاشی را با درجه پیشگامانه جزئیات مربوط به ترتیب ده ها میکرون فراهم می کند.

علاوه بر این، تصویربرداری تراهرتز و طیف سنجی دو روش قوی کمی و کیفی برای بررسی اشکال جامد دوزهای مختلف دارو، پوشش های قرص و مواد دارویی فعال هستند.

به عنوان مثال، شکل 5 تغییر ضخامت لایه پوشش هشت قرص را با همان زمان در فرایند پوشش در ناحیه THz نشان می دهد.

شکل 5: ضخامت متوسط پوشش هر قرص در برابر زمان پوشش. این ورق نقشه ضخامت پوشش (μm) هشت قرص با همان زمان پوشش 120 دقیقه را نشان می دهد. تغییر بزرگ قرص به قرص از ضخامت پوشش واضح است.

پتانسیل های باند تراهرتز:
در اواخر قرن بیستم و دهه اول قرن بیست و یکم، هنگامی که تعداد زیادی پژوهش آزمایشگاهی THz در حال انجام بود، محققان بیشتر روی کاربردهای مختلف بالقوه تراهرتز متمرکز شدند و نتایج بسیار امیدوارکننده ای نیز حاصل شده است.

در واقع، این نتایج تجربی جالب توجه انگیزه و محرک بسیاری از محققان برای کاوش در حوزه THz و پژوهش آن از جنبه های مختلف بود.

با توجه به پیشرفت مداوم در زمینه پژوهش THz در سال های اخیر، سیستم ها و کاربردهای THz در برخی از کاربردهای تجاری جایگاه خود را پیدا خواهند کرد.

با این حال، برای اینکه امواج تراهرتز بتوانند در سناریوهای واقعی به رقابت و غلبه بر سایر فناوری ها بپردازند، باید مسائل مختلفی را حل کرد و یا بهبود بخشید.

به عنوان مثال، منابع THz با توان بالا و جمع و جور مورد نیاز است، سیستم های اندازه گیری THz باید کوچک شوند، روش هایی برای اسکن پرتو THz سریع تر مورد نیاز است و سیستم های THz باید هزینه کمتری داشته باشند.

یکی دیگر از زمینه های پژوهشی در حال پیشرفت، ارتباطات بی سیم THz است. این مورد به طور ویژه مورد تقاضا است، زیرا امکان ارتباطات بی سیم پرسرعت بیش از 5G را فراهم می کند.

بنابراین، مطالعات مختلف برای رسیدن و دستیابی به پتانسیل های کامل باند THz ضروری است.