克斯太赫兹棱镜

2011年9月6日，据国外媒体报道，美国西北大学的研究人员创造了一种新型的隐身材料，这种材料能使物体在太赫兹波段下隐形。由西北大学麦考密克工程和应用科学学院机械工程助理教授孙成(Cheng Sun，音译)设计的隐身材料，通过微梯度折射率材料对光线的反射和折射进行控制，虽然这个设计不能发展成对可见光波段隐身的隐形斗篷，但是这项技术可进行对隐形斗篷部分性能的评估以及在安全性上沟通了解。 　　二极管激光器是连续波太赫兹波产生的理想激光源　　人类对一个物体的辨认主要是通过两个因素：即外形和颜色。要使一个物体变得不可见，那就必须能够操纵光线，使光线在物体表面上以特殊的方式运动，既不会在表面上分散，也不会被物体吸收和反射，而吸收和反射的过程主要是体现物体所具有的颜色。　　该研究小组为了操纵光线在太赫兹频率的行为，孙助理教授使用研发了一种新型的超材料，该材料主要是在原子水平上进行设计，而太赫兹频谱则位于红外线与微波之间。通过超材料的研发以及被称为电子转移微光固化的技术，研究人员设计出一种微型棱镜状的隐形结构，大小小于10毫米。而电子转移微光固化技术则是研究人员一组数据投影到液体聚合物的图像上，然后将光线由液态层转换成薄固体层。　　而每个棱镜的220层都有一个微小的孔，这个小孔比太赫兹波长要来得更小，这就意味着这些小孔能改变光的折射系数，这样就可以使得光线从棱镜上部穿透下来时，由于这些小孔的作用，而改变了光线的行为，使得处于棱镜底部的物体变得可以隐身。最后，这些被改变行为的光线，会被另一个平台所反射掉。　　根据孙助理教授认为：这个研究的目的并不是要研发出能对太赫兹波段隐身的工具，例如斗篷等，而是为了获得一个更好地设计角度去研发一种新的材料，可以跟好的操纵光线的传播。通过这个研究试验，说明了从这个研究方向发展下去，我们可以自由的设计各种材料，可以改变不同波段上光线的折射率，这样就可以在传统意义上对光线的传播路径进行人为地操纵。　　该项研究中涉及的重要试验对象，太赫兹波段在研究历史上一直被忽略，这是因为它的频率比电子高出太多。但是，科学家也发现，有许多有机物的共振频率处于太赫兹的水平上，这就意味着我们可以通过针对太赫兹水平的扫描仪对有机化合物进行检测。孙助理教授的关于太赫兹光学上的探索可以对生物医学研究产生影响，这个影响主要体现在两个方面：第一，我们可以研制针对某种癌症的快速且安全的检测方法，第二，使用太赫兹扫描仪可以加强机场的安全保障效能。　　此研究的下一步计划是向另一个方向发展，即研制太赫兹镜头。但是孙助理教授并没有立即实行这个计划，扩展材料对更长波段上的光线改变行为的能力，达到这样的能力与目前的研究还相距甚远，目前主要集中在一个特定的频率范围之内，确保材料在特定的频谱上具有稳定的工作性质。

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一位特工正在和时间赛跑，他知道炸弹就在周围。他跑到一个拐角，发现小巷内堆满了可疑的纸箱。他急忙掏出手机，快速地逐个扫描面前的箱子，包装内的物品一一展现。千钧一发之际，手机屏幕上出现了爆炸装置的轮廓，形势瞬间扭转，待爆炸装置运行中止时，他才长出了一口气。　　看起来像是电影情节?但这一幕却很有可能成为现实，而这要得益于美国加州理工学院工程师们开发出的一种低成本的微小硅芯片。这种成像芯片能够产生并发射出高频的电磁波，即太赫兹(THz)波。当它处于尚未被完全开发的电磁光谱区域，介于微波和远红外辐射之间，能够渗透多种材料，却不会出现X射线的电离损伤。　　在扫描和成像领域应用潜力大　　把这种新型微芯片整合进手持设备中，能够应用于国家安全、无线通信、医疗保健甚至非接触式游戏研发等多个方向。未来，这一技术还有望为非侵入式的癌症诊断提供帮助。相关研究报告发表在最新一期的电气电子工程师学会(IEEE)《固态电路杂志》上。　　该校的电气工程系教授阿力· 哈基姆瑞说：&ldquo 利用与制造现今手机微芯片同样成本低廉的集成电路技术，我们研发出了比它们运行速度快300倍的硅芯片。这些芯片将为制造下一代十分多能的传感器奠定基础。&rdquo 　　频率从0.3THz到3THz的太赫兹波，具有在扫描和成像等领域的应用潜力。这些电磁波能轻易渗透包装材料，使得探测材料内部信息成为可能。例如，陶瓷、硬纸板和塑料制品等对太赫兹电磁辐射而言就是透明的，因此太赫兹波可以作为X射线的非电离和相干的互补辐射源，用于机场、车站等地的安全监测，比如探查枪械、生物武器、爆炸物和毒品等隐藏的非法物品。然而现有的太赫兹设备多为笨重而昂贵的激光装置，有时甚至需要处于低温环境。而技术的匮乏，也使太赫兹成像和扫描的发展停滞不前。　　为了实现太赫兹波在这一领域的应用，哈基姆瑞和考西克· 森古普塔使用了互补金属氧化物半导体，即通常会被用于电子设备芯片制造中的CMOS技术，来设计具有全面集成功能的、可在太赫兹频率运行的硅芯片，而其尺寸只有指尖大小。研究人员表示，这使太赫兹波成像成为了可能。新芯片能够激发比现有途径强劲1000倍的信号，而发出的太赫兹信号能在特定方向被动态程控，使它们成为世界上第一个集成的太赫兹扫描阵列。借助这种扫描装置，研究人员能够发现藏在塑料制品中的剃须刀片，或者确定动物组织中脂肪和肌肉的分布，诊断人体烧伤部位的损伤程度，以及植物叶片组织的水分含量分布等。而太赫兹成像技术与其他波段的成像技术相比，所得到探测图像的分辨率和景深也均有明显提高。&ldquo 这并不是在谈这项技术的潜能，而是切实地展现出它的实际效用。第一次看到太赫兹扫描图像时，我们都屏住了呼吸。&rdquo 哈基姆瑞说。　　新研究克服了诸多技术限制　　事实上，研究小组克服了诸多技术限制，才将CMOS技术转变成了可运行的太赫兹芯片。每个晶体管都具有一个截止频率，在这一频率之上信号放大就无法实现，而标准的晶体管亦不能在太赫兹频率放大信号。为了解决截止频率的难题，科学家尝试令多个晶体管一起工作。在正确的频率和时间结合它们的力量，来促进集体信号的强度提升。借助新的晶体管操作方法，可使晶体管保持在截止频率之上40%至50%，并能产生较大的功率。&ldquo 就像一群蚂蚁联合起来，也能做到大象所能做到的事情，而且不止于此。&rdquo 森古普塔解释说。　　科研人员还解决了太赫兹信号的发射和传输。在如此高的频率下，无法按常理使用导线，而传统的天线在微芯片尺寸效率也很低下。因此，科学家将整个硅芯片当作天线，集成了芯片上的金属部分，在特定的时间和强度一起发射信号。整个解决方案囊括了集成电路、天线、电磁学和应用科学等多领域的创新，可谓十分全面。此外，IBM公司亦有助于此次的芯片制造。