Электромагнитное излучение терагерцового дипапазона

     В последние годы внимание учёных и инженеров многих ведущих лабораторий мира привлекает так называемое терагерцовое (ТГц) электромагнитное излучение. Чем это обусловлено? Какими уникальными свойствами обладает это излучение? Какие технологические новшества ожидают нас в ближайшее время?

     Терагерцовым излучением принято называть электромагнитные волны, частота которых лежит в интервале между 100 гигагерцами (1ГГц=10⁹ Гц) и 30 терагерцами (1ТГц=10¹² Гц). Длина волны такого излучения находится в диапазоне (0,001–0,3) см, т.е. между дальним инфракрасным и субмиллиметровым (< 1 мм) излучением. Его часто называют Т-лучами или Т-светом.

     Подобно волнам инфракрасного и микроволнового диапазона, Т-лучи обладают способностью проникать в различные непроводящие материалы. Они способны пройти сквозь бумагу, одежду, картон, дерево, каменную кладку, пластик и керамику. Они проникают также в туман и облака, однако не могут глубоко проникнуть в металл и воду.

     Атмосфера Земли сильно поглощает терагерцовое излучение. Это обстоятельство ещё совсем недавно заметно сдерживало к нему интерес и финансирование фундаментальных исследований в этой области. Терагерцовое излучение использовалось в основном химиками и астрономами для спектроскопии простых молекул. В последние годы здесь произошли революционные события. Были созданы мощные источники когерентного терагерцового излучения, чувствительные сенсоры, многофункциональные приборы и материалы.

     Сегодня показаны возможности практического применения терагерцового излучения в самых различных сферах человеческой деятельности: информационные и коммуникационные технологии; биология и медицинские науки; неразрушающий контроль изделий; безопасность жизнедеятельности; контроль качества пищи и сельскохозяйственных продуктов; мониторинг окружающей среды; высокоскоростная вычислительная техника.

     Рассмотрим несколько примеров. Терагерцовое излучение не ионизирует вещество, поэтому не повреждает молекулы ДНК, как это делает рентгеновское излучение. Некоторые частоты терагерцового диапазона могут проникать в биологическую ткань на расстояния нескольких сантиметров и отражаться назад. Т-лучи способны обнаруживать различия в содержании воды и плотности тканей. Терагерцое видение позволяет обнаруживать эпитемиальный рак с помощью более безопасных и менее агрессивных и болезненных диагностических систем. Некоторые частоты терагерцовых волн могут найти применение в стоматологии для объёмного изображения зубов, более безопасного и точного, чем обычный рентгеновский анализ.

     Поскольку Т-лучи обладают способностью проникать в ткань и пластик, они могут быть использованы службами безопасности для обнаружения на расстоянии оружия, спрятанного под одеждой или в чемодане. Это вызывает особый интерес ещё и потому, что многие материалы, такие, скажем, как пластиковая взрывчатка, имеют уникальные «отпечатки пальцев» в терагерцовом спектральном диапазоне. Открывается возможность комбинировать спектральную идентификацию с видеоизображением.

     Вокруг потенциальной возможности использовать терагерцовое излучение на контрольно-пропускных пунктах ведутся оживлённые дискуссии, так как Т-лучи способны дать детальное изображение всех частей тела под одеждой.

     Спетроскопия в терагерцовом диапазоне может дать новую информацию в химии и биологии. Существуют потенциальные возможности использования терагерцового излучения для спутниковой и высотной связи (спутник – спутник, самолёт – спутник). Много приложений открывается в производственных системах, для контроля качества и мониторинга технологического процесса.

     Одним из главных приложений субмиллиметровых волн в физике является изучение конденсированного вещества в сильных магнитных полях (скажем, свыше 15 Тл), так как частоты Лармора находятся при этом в субмиллиметровой части спектра. Такие исследования проводятся сегодня во многих лабораториях мира. Этим не ограничивается список возможных приложений Т-лучей.

     Думаю, что в ближайшее время мы станем свидетелями новых, неожиданных сюрпризов в этой области высоких технологий.