美國最新T射線技術將光轉化為聲音

　　北京時間5月26日消息科學日報報道，近日科學家們研發的一種能夠檢測光波的最新設備或能幫助打開電磁光譜的最后邊界——太赫茲(Terahertz)光譜。這個名為T射線的光波太長以至于人眼無法看到，它可以幫助機場保安檢測化學和其它武器，還可以讓醫生對身體組織進行成像，同時保證對健康區域的傷害盡量最少。此外，這或能給天文學家提供新的工具研究其它太陽系的行星。而這些只是少數可能的應用領域。

光的演示圖，用于傾聽光波的設備將幫助打開電磁光譜的最后邊界。

　　由于目前只有檢測光的專門工具具備檢測太赫茲頻率的能力，工程師尚未有效的利用它們。美國密西根大學研究人員演示了一種獨特的太赫茲探測器和成像系統，可以有效的填補太赫茲空隙(Terahertz Gap)。

　　“我們將T射線光轉化為聲音，” 美國密西根大學電子工程和計算機科學、機械工程以及(化學)大分子科學與工程的郭杰(Jay Guo)教授這樣說道。“我們的探測器非常敏感緊湊，能夠在室溫下工作，我們利用了一種非傳統的方法制造它。”這一探測器產生的聲音非常高，人耳無法聽到。

　　太赫茲空隙介于電磁光譜中微波和紅外波段之間。這個光譜從最長最低能量的電磁波到最短高能量的伽馬射線，后者在核彈爆炸時以及放射性原子衰變時會釋放。在這兩個極端之間存在微波頻率，后者可以用于煮熟食物或者傳輸手機信號；使熱視覺技術變為可能的紅外頻率；我們的世界所看到的光和顏色的可見波長；以及讓醫生可以窺看我們身體內部的X射線。

　　太赫茲頻段是“科研沃土”，郭和同事這樣表示。然而，現在的探測器要么非常笨重且必須在低溫下工作，要么無法實時操作。這限制了它們應用的有效性，例如武器和化學檢測，或者醫療成像和診斷，郭這樣解釋道。

　　郭和同事發明了一種特殊的換能器，能夠實現光-聲音的轉換。換能器主要是將一種能量形式轉換為另一種。在這個例子里便是將太赫茲光轉換為超聲波然后傳輸它們。

　　這種換能器是由一種名為聚二甲硅氧烷(PDMS)的海綿狀塑料制品，以及碳納米管混合物制成的，以下是它的工作原理：當太赫茲光遇到換能器，納米管會將它吸收，轉化為熱量，然后將這種熱量傳遞給PDMS。加熱的PDMS會膨脹，創造一種輸出的壓力波，這便是超聲波。它大概是人耳能夠聽到的上限的1000倍。

　　“檢測超聲波的方式有很多，”郭說道。“我們將一個非常困難的問題轉化為一個已經被解決的問題。”盡管超聲波探測器已經存在——包括那些用于醫療成像的——研究人員自己制造了一種非常敏感的顯微鏡可見塑料環，名為微環諧振器。這種結構測量的大小只有幾毫米。

　　研究人員將他們研發的系統與電腦相連，并演示了這一系統可以用于掃描和產生鋁交圖像。這種最新探測器的反應速度只有幾百萬分之一秒，郭表示它能夠支持很多領域的實時太赫茲成像。

　　這個系統與其它基于熱的太赫茲檢測系統有所不同，因為它是針對單個太赫茲光脈沖的能量，而非持續的T射線流做出反應。因此，它對溫度范圍以外的變化并不敏感。這項研究是由國家科學基金會(NSF)和美國空軍科研辦公室(US Air Force Office of Scientific Research)資助進行的。