211service.com
T-Rays virzās uz lidostu pārbaudi
Pētnieki visā pasaulē cenšas pieskarties tik tikko izmantotai elektromagnētiskā spektra daļai – terahercu starojumam –, lai skenētu aviolīniju pasažierus, lai atrastu sprāgstvielas un nelegālās narkotikas. Stari ir īpaši pievilcīgi: tie var redzēt cauri apģērbam, papīram, ādai, plastmasai, kokam un keramikai. Tie neiekļūst tik labi kā rentgena stari, taču tie arī nebojā dzīvos audus. Un viņi var nolasīt spektroskopiskus parakstus, atklājot atšķirību starp, piemēram, matu želeju un sprāgstvielu.
Šis mazais pelēkais taisnstūris, kas ir mazāks par D DIME, ir kvantu kaskādes lāzers, kas varētu būt atslēga terahercu attēlveidošanas tehnoloģijām nākotnes lidostu skrīninga ierīcēm. Lāzers ir piestiprināts pie elektronikas, kas to kontrolē.
Lai gan dažas komerciālās sistēmas jau ir pieejamas ierobežotām lietojumprogrammām — viena japāņu ierīce skenē pastu, lai atrastu kontrabandas narkotikas, aviolīniju pasažieru skenēšanas iekārta ir bijusi lēna, galvenokārt tāpēc, ka ir grūti radīt terahercu starojumu. Ideāls skeneris raidītu t-staru staru uz garāmejošiem objektiem vai cilvēkiem dažu metru attālumā, pēc tam izmērītu starus, kas atspīd no objektiem, un pārbaudītu tos ar spektroskopisko parakstu datu bāzi. Taču lielākā daļa esošo t-staru avotu nodrošina tikai vājus starus, kas padara noteikšanu lēnāku un grūtāku.
Tagad viens MIT profesors var būt uz robežas, lai atrisinātu šo problēmu ar jauna veida lāzeru.
Tipiska t-staru radīšanas metode, kas elektromagnētiskajā spektrā atrodas starp infrasarkano gaismu un mikroviļņiem; Frekvences no aptuveni 0,5 līdz 4,0 teraherciem ir visinteresantākās — ir izmantot lāzeru, kas rada infrasarkano gaismu, un, izmantojot optiskās manipulācijas, pārskaņot to uz terahercu frekvencēm. Iegūto jaudu mēra vatu miljondaļās vai pat triljonajās daļās. Lai detektors uztvertu šāda veida ļoti vāju signālu, stars lēnām jāskenē pār objektu no tuva attāluma, veidojot attēlu pa vienam pikselim. Alternatīvs avots ir milzīgs gāzes lāzers, kas aizņem visu laboratorijas darba virsmu. Neviens no tiem nav praktisks, lai ātri apstrādātu tūkstošiem gaisa ceļotāju.
Bet Qing Hu, profesors MIT Elektronikas pētniecības laboratorijā, ir izstrādājis tapas galvas izmēra lāzerus, kas spēj ražot 250 milivatus pie 4,3 teraherciem un nedaudz mazāk par 100 milivatiem pie 1,5 teraherciem. Ar to pietiek, lai nosūtītu staru vairāku metru attālumā, atsitos pret objektu un izmantotu atgriešanās signālu, lai izveidotu momentānu attēlu. Tā vietā, lai attēlotu pa vienam pikselim, t-starus varētu uztvert fokusa plaknes masīvs, piemēram, videokameras detektors. Tas ļautu apsardzes darbiniekiem redzēt zem mēteļiem un čemodānos, kad cilvēki iet garām. Mēs varam uzņemt filmu t-staros, saka Hu, kas nozīmē, ka viņa tehnoloģija var nodrošināt reāllaika attēlu.
Hu tehnoloģijas atslēga ir kvantu kaskādes lāzers, niecīgs pusvadītājs ar nanometru mēroga ievilkumiem, ko sauc par kvantu iedobēm. Standarta lāzeros elektrons augstas enerģijas stāvoklī nonāk zemas enerģijas stāvoklī, atbrīvojot lieko enerģiju kā gaismas fotonu. Kvantu kaskādes lāzeros elektrons iekrīt kvantu iedobē, izstaro fotonu un pēc tam caur plānu barjeru pārvietojas uz nākamo aku, kur izstaro vēl vienu fotonu utt. — tāpat kā galda tenisa bumbiņa, kas nokāpj lejā, Hu saka. Rezultāts ir daudz vairāk fotonu un līdz ar to jaudīgāki t-stari.
Hu lāzeri ir galvenā terahercu drošības ierīces sastāvdaļa Sandijas Nacionālā laboratorija attīstās, saka Sandijas galvenais pētnieks Maiks Vanks. Trīs gadus ilgā projekta laboratorijā, kas tagad notiek otro gadu, mērķis ir integrēt lāzera avotu un detektoru vienā un tajā pašā ierīcē. Tas novērš sarežģītus optiskos iestatījumus un uzlabo detektora jutību par lielumu, saka Wanke. Viņš paredz moduli, ko var izmantot, lai izveidotu kompaktas, komerciāli dzīvotspējīgas t-ray sistēmas izmantošanai lidostās. Mēs cenšamies to izveidot tā, lai tā būtu pabeigta, nolaižama sistēma, viņš saka. Viņš piebilst, ka, tiklīdz Sandijai būs veiksmīgs prototips, uzņēmumi var risināt produktu attīstības izaicinājumu.
Lāzeriem ir jāsasniedz zemākas frekvences, lai labāk veiktu materiālu iekļūšanu - jo zemāk, jo labāk, saka Hu. Bet zemākas frekvences nozīmē mazākas kvantu akas, kuras ir grūtāk precīzi izveidot. Hu neprognozēs, kad komerciālās sistēmas varētu būt pieejamas.
Bet Xi-Cheng Zhang, Rensselaer Politehniskā institūta direktors Teraherca pētniecības centrs saka, ka Hu vienmēr pārspēj sev uzstādīto rekordu. Džans saka, ka vai nu dažādu pusvadītāju materiālu inženierijas vai izmantošanas uzlabojumi, iespējams, radīs vēl labākus kvantu kaskādes lāzerus. Viņš sagaida, ka lielākā daļa problēmu tiks atrisinātas gada vai divu laikā. Viena no šādām problēmām ir tā, ka lāzeri darbojas kriogēnās temperatūrās un tiem ir nepieciešamas lielas dzesēšanas iekārtas; Hu pieder augstākās darba temperatūras rekords. Pēc šādu problēmu atrisināšanas tirgus spēki, nevis tehniskas problēmas, noteiks, cik ilgs laiks nepieciešams, lai lidostā parādītos komerciālais skeneris, saka Džans.
Hu saka, ka šī tehnoloģija ir īpaši interesanta ne tikai komerciāliem gaisa ceļojumu lietojumiem, bet arī militārpersonām. Viņš saka, ka DARPA [Aizsardzības progresīvo pētījumu projektu aģentūra] ir ļoti ieinteresēta šajā jautājumā, lai identificētu spridzinātājus pašnāvniekus. T-stari nav vienīgais veids, kā to izdarīt; citas sistēmas, kas sasniedz tirgu, izmanto radaru un redzes apstrādes programmatūru. (Sk. Staigā kā bumbvedējs.)
Džans nodibināja uzņēmumu, Zomega Teraherts kas veido klēpjdatora izmēra T-ray detektoru, ko var pievienot lidojošam dronam ķīmisko un bioloģisko vielu attālinātai noteikšanai. Lai gan ierīces infrasarkanā lāzera radītās triljonās vatu daļas ir piemērotas gaisa paraugu spektroskopiskai analīzei, tās nav piemērotas attēlveidošanai, un lāzera tehnoloģija, visticamāk, neuzlabosies, lai to varētu izmantot lidostas drošībā, saka Džans. Viņš uzskata, ka kvantu kaskādes lāzeri ir T-staru noteikšanas sistēmu nākotne: tie būs galīgie ieguvēji tirgū.