تكنولوجيا التيرا هيرتز وتطبيقاتها

أدَّت التطورات الجديدة في التقنيات المختلفة إلى جعلِ نطاق التردد التيراهيرتز غير المستخدم من قبل متاحًا لأنظمة التصوير. لدى "فجوة تيراهيرتز" نطاقات تردد من ~0.3 THz إلى ~10 THz في الطيف الكهرومغناطيسي بين الميكروويف والأشعة تحت الحمراء. إِشعاعات التيراهيرتز غير مرئية للعين المجردة وبالمقارنةِ مع الأشعة السينية فهي آمنةٌ في جوهرها وغير مدمرة أو مؤذية.  إنها تحل العديد من الأسئلة التي تُركَت دون إجابة بالتقنيات التكميلية، كالتصوير البصري وأشعة رامان وتحت الحمراء (1).

الرسم البياني 1: الطيف الكهرومغناطيسي (2)

 نظرًا لأهمية إشعاع تيراهيرتز في السنوات العديدة الماضية في التحليل الطيفي والفيزياء الفلكية وتقنيات التصوير خصوصًا للتطبيقات الطبية الحيوية (تداخله المنخفض وخصائصه غير المؤينة، فقد جُعِلَ منافسًا جيدًا للاستخدام كتقنية قوية ل١++لتصوير الطبي الآمن في الجسم الحي (2).

مصادر إشعاع تيراهيرتز

1. طبيعي

 ينبعث إشعاع تيراهيرتز كجزء من إشعاع الجسم الأسود من أي شيء تزيد درجة حرارته عن 10 كلفن، في حين أن هذا الانبعاث الحراري ضعيف للغاية ، فإن الملاحظات على هذه الترددات مهمة لتوصيف الغبار البارد 10-20 كلفن في الوسط النجمي في مجرة درب التبانة، وفي المجرات النجمية البعيدة (1).

2. صناعي:

المصادر القابلة للتطبيق لإشعاع التيراهيرتز هي:

• الجيروترون
• مذبذب الموجة الخلفية ("BWO")
• ليزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة ("ليزر التنوب")
• ليزر الشلال الكمي
• ليزر الإلكترون الحر
• (Fel) مصادر ضوء السنكروترون (1)

3. التحليل الطيفي للتردد THz

منذ أول استخدامٍ لليزر الفيمتو لتوليد إشعاع تردد THz متماسك ، كان هناك دافعٌ لتطوير مصادر طاقة أعلى وأنظمة ذات عرض أوسع للنطاق. اكتُشِفَ عدد من التقنيات، بما في ذلك التصحيح الكهروضوئي بالجملة، توليد المجال السطحي والتبديل فائق السرعة لبواعث الموصلية الضوئية. من بين هذه الطرق المختلفة، أثبتت بواعث الموصلية الضوئية أنها التقنية ذات فعالية الأكبر لتحويل النبضات المرئية / القريبة من الأشعة تحت الحمراء إلى إشعاع THz، وقد استْخدمَت على نطاق واسع في التحليل الطيفي THz والتصوير (1).

 تطبيقات التيراهيرتز:

1. رعاية صحة الفم

يُعَدُّ نخر الأسنان أو تسوسها أحد أشيع الاضطرابات البشرية. يستمر النخر عن طريق إنشاء آفة سطحية في المينا. قد تمتد الآفة إلى النسيج التالي في طبقة الأسنان، عاج الأسنان، دون انكسار مرئي مجهري أو حتى تكوِّن فجوة دقيقة على سطح السن. يؤدي عدم وجود مظاهرٍ بصرية على سطح الأسنان إلى صعوبة الكشف المبكر عن تسوس الأسنان. تكشف الأشعة السينية المشكلة، وهي إحدى الطرق المقبولة المستخدمة للكشف عن التسوس، فقط في مرحلة متأخرة نسبيًا، عندما يكون الحفر والتعبئة هي الطريقة الوحيدة المتاحة لوقف التسوس. إذا كان من الممكن اكتشاف التسوس في وقت مبكرٍ كفايةً، فمن الممكن عَكسُ العملية دون الحاجة إلى الحفر عن طريق استخدام إما ختم الشق أو إعادة التمعدن. يمكن لتصوير تيراهيرتز التمييز بين الأنواع المختلفة من الأنسجة في الأسنان البشرية؛ الكشف عن النخر في مرحلة مبكرة في طبقات مينا الأسنان البشرية ومراقبة التآكل المبكر للمينا على سطح السن (1).

2. تطبيقات المسح الأمني:

يعد قطاع الأمن من أكثر المجالات قبولًا فيما يتعلق بتكنولوجيا THz. تتمتع أنظمة THz بميزة فريدة للكشف عن الأشياء المخفية تحت الملابس، حتى لو كانت ذات طبيعة غير معدنية مثل الأسلحة الخزفية أو المتفجرات. بصرف النظر عن الكشف عن الأشياء المخفية، يمكن أيضًا استخدام أنظمة THz للتعرف على المواد الكيميائية. كل مادة لها بصمة طيفية خاصة بها، وقدرة أنظمة THz على الوصول إلى كل من معامل الانكسار ومعلومات الامتصاص تؤدي إلى دقة عالية في عملية الكشف (3).

3. الاتصالات:

أدى استخدام ناقلات تيراهيرتز في اتصالات آمنة إلى بعض المزايا مثل أحجام الهوائيات الصغيرة وعرض نطاق ترددي كبير للمعلومات. أدى انخفاض التشتت والاختراق الأكبر من خلال الهباء الجوي والسحب إلى جعل إشارات التيراهيرتز مفضلة أكثر مقارنةً بالأطوال الموجية البصرية و الأشعة تحت الحمراء للاتصال في طبقة الستراتوسفير (روابط جو-جو) (2).

المصادر: