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电磁频谱中未被充分利用的部分从超材料中获得了光学的推动

  • 科学
  • 2020-07-15 09:06:22
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与大多数电磁频谱相比,太赫兹辐射或T射线几乎未被利用。然而,T射线可能会在下一代无线通信(6G / 7G),安全系统,生物医学乃至艺术史中得到应用。一种使用专门设计的“表面”来控制T射线的新设备,其具有自然界中未发现的特性,可以开始实现这种潜力。

研究结果发表在2020年7月13日的同行评审期刊《光学快报》上。

“太赫兹间隙”是工程师使用的一个术语,用于描述利用微波和红外辐射之间的电磁频谱中的频带的太少技术:太赫兹辐射(也称为T射线)。

尽管产生和操纵微波和红外线辐射很简单,但在室温下运行并能够对T射线进行处理的实用技术效率低下且不切实际。这真是太可惜了,因为如果我们确实可以利用它们,T射线的特性将使它们非常有用。

T射线可以穿透不透明的物体(例如X射线),但它们不电离,因此更加安全。它们还可以穿衣服,木头,塑料和陶瓷,因此对于安全和监视部门进行实时成像以识别隐藏的枪支或爆炸物很重要。出于同样的原因,太赫兹辐射应用也有望用于文化遗产科学,为艺术史学家和博物馆提供从研究绘画到木乃伊的人工制品无辐射风险的选择。

在过去的十年左右的时间里,允许产生,检测和施加太赫兹波的太赫兹技术开始普及,从而缩小了太赫兹的差距。但是,能够操纵太赫兹波的常规光学组件的性能和尺寸并未跟上这种快速发展的步伐。原因之一是缺乏适用于太赫兹波段的天然材料。

但是,东京农业技术大学(TUAT)的副教授和太赫兹波工程师Takehito Suzuki领导的研究人员最近开发了一种光学组件,该组件可以通过使用不使用T射线的材料来更容易地以实用的方式操纵T射线。自然发生。

传统上,准直仪(一种通常由弯曲的透镜或镜子组成的使光束或波变窄的装置)可以操纵T射线,是一种由天然材料制成的笨重的三维结构。

但是TUAT的研究人员铃木武人(Takehito Suzuki),哥打远藤(Kota Endo)和中本聪(Satoshi Kondoh)已经设计了一种准直仪,它是由“超表面”制成的超薄(2.22微米)飞机,这种材料被设计成具有自然界中不可能或难以发现的特性。 。这些属性不是由它们构成的任何金属或塑料基础物质产生的,而是来自材料的几何形状和排列的微小重复图案,这些图案可以使电磁波弯曲,而天然物质则无法弯曲。

在这种情况下,该材料具有极高的折射率(慢速光穿过它的速度)和低反射率(撞击表面后反射的光的比例)。准直仪由339对准原子组成,它们的排列使折射率从设备的外部到中心同心地增加。

铃木说:“超表面设计是史无前例的,它具有更高的性能,可以加速包括下一代无线通信(6G / 7G)甚至热辐射控制设备在内的广泛应用的开发。”

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