Терагерцовая спектроскопия

Терагерцовая (ТГц) спектроскопия занимается изучением частотного интервала, занимающего часть электромагнитного спектра между инфракрасным (ИК) и микроволновым диапазонами. Терагерцовая область электромагнитных частот находится в пределах 0,3 до 10 ТГц, т.е. 0,3⋅1012 – 10⋅1012 Гц (длина волны 1 мм – 30 мкм).

В последние годы системы терагерцовой спектроскопии привлекают большой интерес в научных областях, а также для возможных применений в военной и гражданской технике. Терагерцовый (ТГц) диапазон имеет следующие характерные особенности:

Большинство характерных спектральных особенностей различных конденсированных сред (твердые тела, жидкости, биомедицинские ткани, водные растворы и смеси, химические соединения различной агрегации) - характеристические признаки таких сред попадают именно в терагерцовый диапазон. Эти признаки используются в качестве селективной диагностики. Это существенным образом отличает терагерцовую (ТГц) спектроскопию от существующих методов, где в качестве диагностики используется локальное значение такой усредненной характеристики вещества, как плотность (рентген и ультразвук), концентрация спинов (магнеторезонансная томография) и т.п.
Терагерцовое излучение испытывает значительно меньшее Релеевское рассеяние, нежели излучение инфракрасного и видимого диапазонов. В то же время, ТГц излучение также имеет большое преимущество над микроволновым диапазоном длин волн в пространственном разрешении, определяемым критерием Аббе. Большое количество сред обладает значительно меньшими коэффициентами поглощения в терагерцовом диапазоне по сравнению с характеристиками ближнего инфракрасного и видимого излучения.
Спектральные свойства терагерцовой (ТГц) спектроскопии определяют ее важность с точки зрения различных применений в области безопасности, биомедицинских технологий, фармацевтике, нанотехнологиях, микро- и нано- электронике, контроле продуктов питания, мониторинга климата, астрономии, космической связи и т.д.
Терагерцовое излучение неинвазивно, т.е. не обладает вредными для биологических объектов свойствами.

Преимущества спектроскопии временного разрешения THz-TDS

Широкий спектральный диапазон перекрытия в терагерцовой области
Высокий динамический диапазон
Полное амплитудное и фазовое детектирование
Пикосекундное временное разрешение
Возможность использования в качестве ТГц источника накачки

Области применения

Исследование материалов
Неразрушающий контроль
Фармацевтическая промышленность
Медицинская техника
Производство полупроводников
Средства обеспечения безопасности

Один из наиболее популярных методов генерации когерентного терагерцового излучения и обнаружения используется в приборе THz-TDS спектроскопии с разрешением по времени (Terahertz time domain spectroscopy). Данный прибор состоит из фемтосекундного лазера, оптической линии задержки и двух фотопроводящих антенн, работающих как ТГц излучатель и приемник. Субпикосекундные импульсы ТГц излучения регистрируются приемником после прохождения через образец и аналогичную длину свободного пространства. Сравнение фурье-преобразований формы двух данных импульсов дает информацию о спектре поглощения исследуемого образца.

Упрощенная схема прибора для ТГц спектроскопии временного разрешения