211service.com
„T-Rays“ žengia į oro uosto patikrą
Tyrėjai visame pasaulyje bando panaudoti vos naudojamą elektromagnetinio spektro dalį – terahercinę spinduliuotę – norėdami nuskaityti oro linijų keleivius, ar jie ieško sprogmenų ir nelegalių narkotikų. Spinduliai yra ypač patrauklūs: jie gali matyti per drabužius, popierių, odą, plastiką, medį ir keramiką. Jie neprasiskverbia taip gerai, kaip rentgeno spinduliai, bet taip pat nepažeidžia gyvų audinių. Ir jie gali nuskaityti spektroskopinius parašus, aptikdami skirtumą tarp, tarkime, plaukų gelio ir sprogstamosios medžiagos.
Šis mažas pilkas stačiakampis, mažesnis už D DIME, yra kvantinis kaskadinis lazeris, galintis būti raktas į terahercinio vaizdo gavimo technologijas būsimiems oro uostų tikrinimo įrenginiams. Lazeris pritvirtintas prie jį valdančios elektronikos.
Nors kai kurios komercinės sistemos jau prieinamos ribotoms reikmėms (vienas japoniškas įrenginys nuskaito paštą, ar nėra kontrabandinių narkotikų), aparatas, skirtas skenuoti oro linijų keleivius, vystėsi lėtai, daugiausia dėl to, kad sunku sukurti terahercinę spinduliuotę. Idealus skaitytuvas siųstų t spindulių spindulį į praeinančius objektus arba žmones, esančius už kelių metrų, tada išmatuotų spindulius, atsispindinčius nuo objektų, ir palygintų juos su spektroskopinių parašų duomenų baze. Tačiau dauguma esamų t-spindulių šaltinių teikia tik silpnus pluoštus, todėl aptikimas lėtesnis ir sunkesnis.
Dabar vienas MIT profesorius gali būti prie šios problemos sprendimo slenksčio naudodamas naujo tipo lazerį.
Tipiškas t-spindulių, esančių tarp infraraudonosios šviesos ir mikrobangų elektromagnetiniame spektre, gavimo būdas; Labiausiai domina dažniai nuo 0,5 iki 4,0 terahercų – naudoti lazerį, skleidžiantį infraraudonąją šviesą, ir optinėmis manipuliacijomis sureguliuoti ją iki terahercų dažnių. Gauta galia matuojama milijonosiomis ar net trilijonosiomis vatų dalimis. Kad detektorius paimtų tokį labai silpną signalą, spindulį reikia lėtai nuskaityti per objektą iš arti, sukuriant vaizdą po vieną pikselį. Alternatyvus šaltinis yra didžiulis dujų lazeris, kuris užima visą laboratorijos stalviršį. Nei vienas, nei kitas nėra praktiškas norint greitai apdoroti tūkstančius oro keliautojų.
Tačiau Qing Hu, MIT Elektronikos tyrimų laboratorijos profesorius, sukūrė smeigtuko galvutės dydžio lazerius, kurie gali pagaminti 250 milivatų esant 4,3 teraherco dažniui ir šiek tiek mažiau nei 100 milivatų, kai dažnis yra 1,5 teraherco. Tiek galios pakanka nusiųsti spindulį kelių metrų atstumu, atmušti jį nuo objekto ir panaudoti grįžtamąjį signalą akimirksniam vaizdui sukurti. Užuot vaizduojant po vieną pikselį, t-spindulius galėtų užfiksuoti židinio plokštumos matrica, kaip vaizdo kameros detektorius. Taip apsaugos darbuotojai galėtų matyti po paltus ir lagaminus, kai žmonės eina pro šalį. Mes galime sukurti filmą t-spinduliai, sako Hu, o tai reiškia, kad jo technologija gali užtikrinti vaizdą realiuoju laiku.
Hu technologijos raktas yra kvantinis kaskadinis lazeris, mažas puslaidininkis su nanometrų mastelio įdubomis, vadinamomis kvantinėmis šulinėmis. Standartiniuose lazeriuose didelės energijos būsenoje esantis elektronas patenka į mažos energijos būseną, išskirdamas energijos perteklių kaip šviesos fotoną. Kvantiniuose kaskadiniuose lazeriuose elektronas nukrenta į kvantinį šulinį, išspinduliuoja fotoną, o po to per ploną barjerą pereina į kitą šulinį, kur išspinduliuoja kitą fotoną ir pan. sako. Rezultatas yra daug daugiau fotonų, taigi ir galingesnių t-spindulių.
Hu lazeriai yra pagrindinė terahercinio saugumo įrenginio sudedamoji dalis Sandijos nacionalinė laboratorija vystosi, sako Sandia pagrindinis tyrėjas Mike'as Wanke'as. Trejus metus trunkantis projektas laboratorijoje, jau antrus metus, skirtas integruoti lazerio šaltinį ir detektorių į tą patį įrenginį. Tai pašalina sudėtingas optines sąrankas ir padidina detektoriaus jautrumą didumo tvarka, sako Wanke. Jis numato modulį, kuris gali būti naudojamas kuriant kompaktiškas, komerciškai perspektyvias t-ray sistemas, skirtas naudoti oro uostuose. Mes stengiamės tai padaryti taip, kad tai būtų „iki raktų“ sistema, kurią reikia nuleisti į vietą, sako jis. Jis priduria, kad kai „Sandia“ turi sėkmingą prototipą, įmonės gali susidoroti su produkto kūrimo iššūkiu.
Lazeriai turi pasiekti žemesnius dažnius, kad geriau įsiskverbtų į medžiagą – kuo žemesnis, tuo geriau, sako Hu. Tačiau žemesni dažniai reiškia mažesnius kvantinius šulinius, kuriuos sunkiau tiksliai sukurti. Hu nenumatys, kada komercinės sistemos gali būti prieinamos.
Tačiau Xi-Cheng Zhang, Rensselaer politechnikos instituto direktorius Terahercų tyrimų centras sako, kad Hu visada pagerina rekordą, kurį nustato sau. Zhang teigia, kad patobulinus inžineriją arba naudojant skirtingas puslaidininkines medžiagas, gali būti sukurti dar geresni kvantiniai kaskadiniai lazeriai. Jis tikisi, kad dauguma problemų bus išspręstos per metus ar dvejus. Viena iš tokių problemų yra ta, kad lazeriai veikia kriogeninėje temperatūroje ir reikalauja didelių gabaritų aušinimo įrangos; Hu priklauso aukščiausios darbinės temperatūros rekordas. Po to, kai tokios problemos bus išspręstos, rinkos jėgos, o ne techninės problemos lems, kiek laiko užtruks, kol komercinis skaitytuvas pasirodys oro uoste, sako Zhang.
Hu teigia, kad ši technologija yra ypač svarbi, be komercinių kelionių lėktuvu programų, ir kariuomenės. Jis sako, kad DARPA (gynybos pažangių tyrimų projektų agentūra) labai domisi tuo, kad nustatytų savižudžių sprogdintojų asmenis. T-spinduliai nėra vienintelis būdas tai padaryti; kitos rinką pasiekiančios sistemos naudoja radarą ir vaizdo apdorojimo programinę įrangą. (Žr. Vaikščiojimas kaip bombonešis.)
Zhang įkūrė įmonę, Zomega Terahertz Tai nešiojamojo kompiuterio dydžio T-ray detektorius, kurį galima pritvirtinti prie skraidančio drono, kad būtų galima nuotoliniu būdu aptikti chemines ir biologines medžiagas. Nors trilijonosios vatų, kurias sukuria infraraudonųjų spindulių lazeris įrenginyje, tinka oro mėginių spektroskopinei analizei, jos nepakanka vaizdavimui, o lazerio technologija greičiausiai nepagerės, kad ją būtų galima naudoti oro uosto saugumui, sako Zhang. Jis mano, kad kvantiniai kaskadiniai lazeriai yra T-ray aptikimo sistemų ateitis: jie bus galutinis laimėtojas rinkoje.