Исследования и разработка детекторов терагерцевого диапазона

Терагерцевый диапазон частот электромагнитного излучение лежит в промежутке между радиоволнами и инфракрасным излучением. Они легко проходят сквозь многие вещества, а поскольку их длина волны измеряется сотнями микрон, с помощью таких волн можно разглядеть весьма мелкие детали строения веществ, а так же вариации химического состава на миллиметровых масштабах.

Несмотря на очевидные достоинства, до недавнего времени этот диапазон волн не был освоен электронной промышленностью. Трудности возникали с изготовлением и достаточно мощных источников такого рода излучений, и чувствительных детекторов. Сейчас эти трудности решаются, и в мире наблюдается повышенный интерес к созданию терагерцевых устройств.

Специалисты Физического института им. П. Н. Лебедева РАН разработали и излучатели, и приемники терагерцевого диапазона. В первом случае они теоретически рассчитали строение полупроводникового устройств, способного перейти в так называемый режим квантового усиления и создали эффективный излучатель с многослойной структурой на основе соединения GaAs/AlAs с квантовыми ямами. Во втором — получили высокочувствительные детекторы из ультратонкой пленки сверхпроводника NbN, способные работать в диапазоне 0,3-3 ТГц с наносекундным быстродействием. В результате работы выработаны требования к технологии изготовления излучателей и приемников терагерцевого диапазона.

Созданные системы могут применяться как в устройствах пассивного тепловидения, так и с использованием излучателем и найдут применение в медицине, всепогодной навигации, детекторах-интроскопах в аэропортах и на таможне, экологическом мониторинге атмосферы, радиофизике и радиоастрономии.

Ученые из университета Райс (США) разработали прототип фотокамеры для съемки людей и предметов в терагерцевом диапазоне. Ожидается, что изобретение найдет применение в системах обеспечения безопасности, а также в медицине.

Терагерцевые камеры уже производятся серийно - но у существующих моделей есть ряд недостатков. Прежде всего, терагерцевое излучение соседствует с тепловым, и потому приемник неизбежно регистрирует и тепловой шум (с аналогичной проблемой сталкиваются и обычные фотокамеры). Увеличение размеров матрицы и их охлаждение отчасти снимают проблему, но при этом существенно растет стоимость камеры, первые детекторы приходилось вымораживать до температуры жидкого азота и ниже.

В камере из университета Райс эти недостатки удалось отчасти преодолеть путем замены матрицы на единственный фотоэлемент. Сканирование объекта производится поточечно, а специально разработанный математический алгоритм позволяет по случайно выбранному набору точек восстановить картинку целиком без существенных потерь в качестве.

Пока новая камера все равно занимает часть лаборатории, но ученые уже разработали способ ее радикального уменьшения.

Рисунок 3.5 Изображение, полученной с помощью приемника терагерцевого излучения

Для регистрации тепловых полей терагерцевого диапазона используют так называемые ячейки Голея, являющиеся широкополосными датчиками ИК – излучения. Они характеризуются высокой чувствительностью, но имеют низкую механическую надежность. Принцип работы таких устройств основан на регистрации теплового расширения газа, заключенного в замкнутый объем (термопневматический датчик).

Рисунок 3.6 Устройство ячейки Голея и внешний вид оптоакустического детектора

Ячейка Голея является одним из наиболее эффективных детекторов терагерцового излучения. Она имеет высокую чувствительность при комнатной температуре и неселективный фотоотклик в широком диапазоне длин волн. Применяются для мониторинга и контроля среднего ИК и ТГц излучений.

⇐ Предыдущая15161718192021222324Следующая ⇒

Поделиться: