Fale terahercowe. Perspektywy

Terahertz Waves. Prospects

nr katalogowy: 151267
10.15199/13.2024.10.2

Streszczenie
W artykule przedstawiono obszerne omówienie wszelkiego rodzaju dziedzin nauki, techniki i wszelkiej tematyki, gdzie fale terahercowe budzą nie tylko zainteresowanie badaczy, ale również kadry inżynieryjnej, która znajduje zastosowanie techniki terahercowej w bardzo szerokiej dziedzinie aktywności ludzkiej. Pokazano rozwój techniki terahercowej w trzech nurtach: techniki badawczej, badań podstawowych i komercjalizacji omawianej techniki. Podział ten obejmuje 20 zagadnień zgrupowanych w nurtach, jak wyżej. Postawiono nacisk na zastosowanie fal terahercowych w szeroko pojętej biomedycynie, a w szczególności w naukach farmaceutycznych. Głównym celem badań (tu przeglądu wyników światowych dotyczących rozwoju techniki terahercowej) było skonfrontowanie osiągnięć badawczych i technicznych z aplikacjami omawianej techniki we wszelkich obszarach aktywności ludzkiej. Badane materiały i w ogóle przedmiot badań oraz metody badawcze zostały omówione w trzech podstawowych nurtach: Badania podstawowe, gdzie przedstawiono takie zagadnienia, jak kwantowa optyka terahercowa w dziedzinie czasu, nieliniowa spektroskopia terahercowa, przebicie w powietrzu jako emiter i detektor fal terahercowych, laserowe źródła terahercowe, postępy astronomii terahercowej. Drugi nurt, to technika badawcza, a w niej: spintronika terahercowa, terahercowa polarymetria i elipsometria w dziedzinie czasu, terahercowa spektroskopia emisyjna, terahercowa skaningowa mikroskopia tunelowa, obrazowanie terahercowe w polu bliskim, terahercowe obrazowanie multipikselowe. Następny nurt, to Komercjalizacja – wpływ społeczny: fale terahercowe w biologii i farmaceutyce, spektroskopia terahercowa nowych materiałów, terahercowe przejścia sub-międzypasmowe, terahercowe instrumenty badawcze na satelitach, zastosowania medyczne, terahercowe standardy i metrologia oparte na falowodach, telekomunikacja na falach terahercowych, technologia terahercowa w przemyśle, przemysł farmaceutyczny. Pokazano wyniki terahercowego pomiaru fluktuacji próżni, obserwacji zjawisk nieliniowych indukowanych przez fale o częstotliwościach z pasma terahercowego, wyniki wytwarzania i detekcji fal THz metodą przebicia w powietrzu, nowe źródła fal THz (laser, synchrotron), wyniki obserwacji astronomicznych, możliwości przesyłania informacji za pomocą odpowiednio skonstruowanych struktur spinowych (spintronika THz), korzyści z zastosowania polarymetrii i elipsometrii THz, oraz spektroskopii emisyjnej i tunelowej, wyniki wszelkiego rodzaju obrazowania z wykorzystaniem fal THz, w szczególności pokazano wyniki aplikacji techniki terahercowej w medycynie, biologii i farmacji, nie ominięto tez najnowszych wyników aplikacji satelitarnych, telekomunikacji THz i wszelkich zastosowań przemysłowych. Stwierdzono, że rozwój techniki terahercowej ma olbrzymi potencjał wpływania na wiele dziedzin życia społecznego, naukowego i przemysłowego, jak kontrola bezpieczeństwa i analizy materiałów, wykrywanie substancji chemicznych, biologicznych i nuklearnych; stwierdzono, że pasmo THz jest kluczowe dla budowy systemów mogących przekroczyć pasmo 6G; uznano, że mimo dotychczasowych opinii, że do rzeczywistych aplikacji fal terahercowych w wielu obszarach aktywności ludzkiej jest ciągle długa droga, to pokonanie takich barier jak koszty, złożoność systemów, a nawet brak wiedzy na temat technologii THz, to kwestia czasu.

Abstract
An extensive discussion was presented of all kinds of fields of science, technology and all topics where terahertz waves arouse the interest not only of researchers, but also of engineering staff who find the application of terahertz technology in a very wide field of human activity. The development of terahertz technology is shown in three branches: research technology, basic research and commercialization of the technique. This division includes 20 issues grouped into trends as above. Emphasis was placed on the use of terahertz waves in broadly understood biomedicine, and in particular in pharmaceutical sciences. The main goal of the research (here a review of global results regarding the development of terahertz technology) was to confront research and technical achievements with the applications of the discussed technique in all areas of human activity. The tested materials and, in general, the subject of research and research methods were discussed in three basic areas: Basic research, which presented such issues as quantum terahertz optics in the time domain, nonlinear terahertz spectroscopy, breakdown in air as an emitter and detector of terahertz waves, terahertz laser sources, advances in terahertz astronomy. The second trend is Research Technology, including: terahertz spintronics, terahertz polarimetry and ellipsometry in the time domain, terahertz emission spectroscopy, terahertz scanning tunneling microscopy, terahertz imaging in the near field, terahertz multipixel imaging. The next trend is Commercialization – social impact: terahertz waves in biology and pharmaceuticals, terahertz spectroscopy of new materials, terahertz sub-interband transitions, terahertz research instruments on satellites, medical applications, terahertz standards and metrology based on waveguides, telecommunications on terahertz waves, technology terahertz in industry, pharmaceutical industry. Shown are the results of terahertz measurement of vacuum fluctuations, observations of non-linear phenomena induced by waves with frequencies in the terahertz band, results of the generation and detection of THz waves by the breakdown method in air, new sources of THz waves (laser, synchrotron), results of astronomical observations, possibilities of transmitting information via using appropriately constructed spin structures (THz spintronics), the benefits of using THz polarimetry and ellipsometry, as well as emission and tunneling spectroscopy, the results of all types of imaging using THz waves, in particular the results of the application of terahertz technology in medicine, biology and pharmacy were shown, also included the latest results of satellite applications, THz telecommunications and all industrial applications. It was found that the development of terahertz technology has enormous potential to influence many areas of social, scientific and industrial life, such as safety control and analysis of materials, detection of chemical, biological and nuclear substances; it was found that the THz band is crucial for building systems that can exceed the 6G band; it was recognized that despite previous opinions that there is still a long way to the actual applications of terahertz waves in many areas of human activity, it is a matter of time to overcome such barriers as costs, system complexity, and even lack of knowledge about THz technology.

Pliński F. Edward
Plińska Stanisława