Balázs Richárd
Fényből hangot készít egy új T-sugár eljárás
Egy eszköz, ami hanggá alakítja a fényhullámokat, segíthet megnyitni az elektromágneses spektrum végső határát, a terahertz tartományt.
Az úgynevezett T-sugarak - melyek az emberi szem számára már túl hosszúk - hogy láthatók legyenek, segíthetnek a reptéri biztonságiaknak a vegyi anyagok, vagy fegyverek megtalálásában, lehetővé tehetik az orvosoknak a testszövetek feltérképezését, csökkentve az egészséges területek károsodását, sőt új eszközt adhatnak a csillagászok kezébe a távoli naprendszerek bolygóinak tanulmányozásához. A felsorolás persze ezzel még messze nem teljes, csupán néhány példát ragadtunk ki.
Mivel azonban a terahertzes frekvenciák a fény észleléséhez jelenleg alkalmazott speciális eszközök képességei közé esnek, a mérnököknek hatékonyan kell kiaknázni azokat. A Michigan Egyetem kutatói egy egyedi terahertzes detektort és képfeldolgozó rendszert mutattak be, ami képes áthidalni ezt a terahertz-rést. "A T-sugarat hanggá alakítjuk" - mondta Jay Guo, a Michigan villamosmérnök, számítógép tudományi és makromolekuláris tudományok professzora. "Detektorunkat, ami érzékeny, kompakt és szobahőmérsékleten működik, egy egészen szokatlan megközelítéssel alkottuk meg."
A detektor által létrehozott hang túl magas az emberi fül számára, hogy érzékelje. A terahertz-rés az elektromágneses spektrum mikrohullámú és infravörös sávjai között helyezkedik el. Az elektromágneses spektrum a leghosszabb, alacsony energiájú rádióhullámoktól a nagy energiájú gamma sugarakig terjed, köztük helyezkednek el a mikrohullámú frekvenciák, az infravörös, majd a látható hullámhosszok és a röntgen-sugarak.
A terahertz egy "tudományos szempontból gazdag" sáv, a mai detektorok azonban vagy túl nagyok és működésükhöz hidegen kell őket tartani, vagy nem képesek valós időben működni, számos alkalmazásnál jelentősen korlátozva használhatóságukat. Guo és munkatársai feltaláltak egy speciális energiaátalakítót, ami lehetővé teszi a fény hanggá alakítását. A szivacsos műanyag, az úgynevezett polidimetilsziloxán (PDMS) és szén nanocsövek keverékéből készült átalakító esetünkben a terahertzes fényt ultrahanghullámokká alakítja.
Amikor a terahertzes fény eléri az energiaátalakítót, a nanocsövek elnyelik és hővé alakítják. A hőt a PDMS-hez vezetik, ami kitágítja a műanyagot, létrehozva egy kimenő nyomáshullámot; ez az ultrahanghullám. Ez több, mint ezerszer magasabb az emberi fül számára még hallható hangoknál. "Sok módszer van az ultrahang észlelésére" - mondta Guo. "Ezzel egy bonyolult problémát egy olyan problémává alakítottunk, aminek már létezik megoldása."
Bár számtalan ultrahang-detektor létezik, a kutatók megalkottak egy saját változatot egy mikrogyűrű-rezonátor, vagyis egy mikroszkopikus műanyag gyűrű formájában. Az egész szerkezet mindössze pár milliméteres. Rendszerüket egy számítógéphez kapcsolták, amivel sikerült demonstrálni az alkalmazást. Az új detektor reakcióideje mindössze a milliomod másodperc töredéke, ami Guo szerint lehetővé teszi a valósidejű terahertzes képalkotást. A rendszer különbözik más hőalapú terahertz észlelő rendszerektől, mivel nem csak összefüggő T-sugarakra képes reagálni, hanem különálló terahertzes fényimpulzusokra is. Ennek köszönhetően nem érzékeny a külső hőmérséklet változásaira, emelte ki a rendszer legnagyobb erényét Guo.
Az úgynevezett T-sugarak - melyek az emberi szem számára már túl hosszúk - hogy láthatók legyenek, segíthetnek a reptéri biztonságiaknak a vegyi anyagok, vagy fegyverek megtalálásában, lehetővé tehetik az orvosoknak a testszövetek feltérképezését, csökkentve az egészséges területek károsodását, sőt új eszközt adhatnak a csillagászok kezébe a távoli naprendszerek bolygóinak tanulmányozásához. A felsorolás persze ezzel még messze nem teljes, csupán néhány példát ragadtunk ki.
Mivel azonban a terahertzes frekvenciák a fény észleléséhez jelenleg alkalmazott speciális eszközök képességei közé esnek, a mérnököknek hatékonyan kell kiaknázni azokat. A Michigan Egyetem kutatói egy egyedi terahertzes detektort és képfeldolgozó rendszert mutattak be, ami képes áthidalni ezt a terahertz-rést. "A T-sugarat hanggá alakítjuk" - mondta Jay Guo, a Michigan villamosmérnök, számítógép tudományi és makromolekuláris tudományok professzora. "Detektorunkat, ami érzékeny, kompakt és szobahőmérsékleten működik, egy egészen szokatlan megközelítéssel alkottuk meg."
A detektor által létrehozott hang túl magas az emberi fül számára, hogy érzékelje. A terahertz-rés az elektromágneses spektrum mikrohullámú és infravörös sávjai között helyezkedik el. Az elektromágneses spektrum a leghosszabb, alacsony energiájú rádióhullámoktól a nagy energiájú gamma sugarakig terjed, köztük helyezkednek el a mikrohullámú frekvenciák, az infravörös, majd a látható hullámhosszok és a röntgen-sugarak.
A terahertz egy "tudományos szempontból gazdag" sáv, a mai detektorok azonban vagy túl nagyok és működésükhöz hidegen kell őket tartani, vagy nem képesek valós időben működni, számos alkalmazásnál jelentősen korlátozva használhatóságukat. Guo és munkatársai feltaláltak egy speciális energiaátalakítót, ami lehetővé teszi a fény hanggá alakítását. A szivacsos műanyag, az úgynevezett polidimetilsziloxán (PDMS) és szén nanocsövek keverékéből készült átalakító esetünkben a terahertzes fényt ultrahanghullámokká alakítja.
Amikor a terahertzes fény eléri az energiaátalakítót, a nanocsövek elnyelik és hővé alakítják. A hőt a PDMS-hez vezetik, ami kitágítja a műanyagot, létrehozva egy kimenő nyomáshullámot; ez az ultrahanghullám. Ez több, mint ezerszer magasabb az emberi fül számára még hallható hangoknál. "Sok módszer van az ultrahang észlelésére" - mondta Guo. "Ezzel egy bonyolult problémát egy olyan problémává alakítottunk, aminek már létezik megoldása."
Bár számtalan ultrahang-detektor létezik, a kutatók megalkottak egy saját változatot egy mikrogyűrű-rezonátor, vagyis egy mikroszkopikus műanyag gyűrű formájában. Az egész szerkezet mindössze pár milliméteres. Rendszerüket egy számítógéphez kapcsolták, amivel sikerült demonstrálni az alkalmazást. Az új detektor reakcióideje mindössze a milliomod másodperc töredéke, ami Guo szerint lehetővé teszi a valósidejű terahertzes képalkotást. A rendszer különbözik más hőalapú terahertz észlelő rendszerektől, mivel nem csak összefüggő T-sugarakra képes reagálni, hanem különálló terahertzes fényimpulzusokra is. Ennek köszönhetően nem érzékeny a külső hőmérséklet változásaira, emelte ki a rendszer legnagyobb erényét Guo.