0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

虹科案例|NASA利用太赫兹技术探测月球上的水源

Hophotonix 来源:Hophotonix 作者:Hophotonix 2023-02-09 13:41 次阅读

对于NASA探索地球的天然卫星——月球,以及太阳系内外的其他天气的首要任务,是探究这些天体上是否存在水,因为水是生命存在必不可少的条件。在以往的实验中,证实了月球上存在少量的水:2022年,中国科学院报告称,中国的月球着陆器于2年通过机载光谱分析首次实时、现场明确确认月球岩石和土壤中的水信号

实际探测中,大多数技术不能区分水、游离氢离子和羟基,像水这样的含氢化合物会发射太赫兹频率范围内(居于微波红外之间)的光子,所以通常使用的宽带探测器无法精准检测

Goddard航天中心工程师Berhanu Bulcha博士说,一种称为外差光谱仪的仪器可以放大特定频率,以明确识别和定位月球上的水源。顾名思义,光谱仪检测光谱或光的波长,以揭示光接触过的物质的化学性质,大多数光谱仪倾向于在宽光谱范围工作。外差光谱仪将参考激光源与入射光相结合,测量激光源和组合波长之间的差异可提供光谱子带宽之间的准确读数,就像太赫兹等带宽内细微差异的显微镜一样,从而分辨出是否真正存在水,实现相关天体环境的检测。

实现这样的外差光谱仪需要一个稳定的,高功率的太赫兹激光器。“现有激光技术的问题在于,”布尔查博士说,“没有一种材料具有产生太赫兹波的正确特性。

传统激光器通过激发原子壳内的电子来产生光,然后在跃迁时发射单个光子,或返回到其静止能级,不同的原子根据激发一个电子所需的固定能量产生不同频率的光。然而,这种方法难以产生位于红外和微波之间的太赫兹波(称为太赫兹间隙)。

poYBAGPkh-eAeAhdAABKAZQUuvQ419.png

半导体激光器原理示意图

电学方法:电磁振荡器(如产生无线电或微波频率的电磁振荡器)通过使用一系列放大器和倍频器将信号扩展到太赫兹范围来产生低功率太赫兹脉冲。然而,这个过程消耗大量的电能,并且用于放大和乘以脉冲的材料效率有限,这意味着它们在高频太赫兹频率时会损失功率。

虹科基于肖特基二极管倍频器的太赫兹源(75-600G),功率最高350mW

光学方法:从太赫兹间隙的另一侧,光学激光器将能量泵入气体以产生光子。然而,高功率太赫兹波段激光器体积大,功耗大,不适合质量和功率有限的太空探索目的,特别是小型卫星的应用。同时,当光学激光器向太赫兹范围推进时,脉冲的功率也会下降。

poYBAGPkiASAdCiOAABF1tXf9ks621.png

CO2太赫兹激光器,输出频率0.25-7.5THz

为了填补这一空白,Bulcha博士的团队正在开发量子级联激光器,通过利用一些独特的量子尺度物理学,利用只有几个原子厚的材料,从中产生光子。与标准二极管激光器不同,发射频率由所用材料之间的能带隙差决定,QCL发射频率由工程带结构(量子阱的大小和宽度)决定,每个通过结构的电子都会发射N太赫兹光子,其中N是激光中的周期数。

pYYBAGPkiA-AVbw-AABeFmBvLRs616.png

太赫兹QCL原理示意图

在量子物理学中,薄层材料增加了光子可以隧穿到下一层的机会。一旦到达相邻量子阱的对应位置,它就会激发额外的光子。使用具有80~100层的发生器材料,总厚度不到10~15微米,该团队的量子级联激光器产生了一连串太赫兹能量光子。这种级联消耗较少的电压来产生稳定的高功率光。

Goddard航天中心开发的小型QCL太赫兹源

这项技术的一个缺点是它的光束以大角度扩散,在短距离内迅速消散。利用Goddard内部研发(IRAD)资助的创新技术,Bulcha博士和他的团队将激光与薄光学天线集成在波导上,以收紧光束。集成的激光器和波导单元在不到四分之一的封装中将这种耗散降低了 50%。

激光器的低尺寸和功耗使其能够安装在1U尺寸的Cubeset中,大约是一个茶壶的大小,包括光谱仪硬件处理器电源。它还可以为手持设备供电,供未来的月球、火星和更远的星球的探索使用。

虹科太赫兹源方案

虹科提供基于量子级联激光器的多波段、高功率的高频太赫兹源,以及基于倍频器的低频亚太赫兹源,助力天文、生物医学、地质、工业检测等多领域的科研研究。

虹科TeraCascade2000太赫兹源

poYBAGPkiD2APIWCAACC67AeJvE299.png

基于量子级联激光(QCL)技术的高频高功率多波段太赫兹源。可集成多达6个QCL芯片,频率分布于2-5THz。输出功率可达毫瓦量级,能够穿透各种生物组织。集成的QCL驱动器可提供即时的电子控制以快速切换工作频率。配置全新设计的半永久真空系统,结合斯特林冷却机实现低温环境,无需额外提供制冷剂。紧凑设计,即插即用,可便利集成于实验室的太赫兹成像系统中,提供高强度的太赫兹发射波。

虹科TeraCascade100太赫兹源

poYBAGPkiEmACAKAAABigvGvM8w017.png

基于量子级联激光(QCL)技术的高频太赫兹源。单频率连续波输出,功率达百微瓦,采用液氮制冷,是具有成本效益的QCL源,可实现相关太赫兹研究。

虹科TeraSchottky亚太赫兹源

pYYBAGPkiFOAK7zlAABuyOceUdE880.png

基于肖特基二极管倍频器原理的亚太赫兹源(<1THz)。基频为75GHz,施加倍频器可拓展至150, 300和600Hz。输出功率高达百毫瓦,在穿透力上具有明显优势。高可调谐性,具有> 12 %的可调频宽,满足多种应用的需求。高度集成,即插即用,可远程操控。

审核编辑黄宇

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 探测
    +关注

    关注

    0

    文章

    201

    浏览量

    20319
  • 二极管
    +关注

    关注

    147

    文章

    9517

    浏览量

    165425
  • 激光
    +关注

    关注

    19

    文章

    3091

    浏览量

    64290
  • 太赫兹
    +关注

    关注

    10

    文章

    335

    浏览量

    29097
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    罗德与施瓦茨展示创新6G超稳定可调赫兹系统

    罗德与施瓦茨(以下简称“R&S”)在巴黎举办的欧洲微波周(EuMW 2024)展示了基于光子赫兹通信链路的6G无线数据传输系统的概念验证,助力新一代无线技术的前沿探索。 在 6G-
    的头像 发表于 10-11 10:56 293次阅读

    关于赫兹波的介绍

    在上面的图表中,光波和无线电波是相同的电磁波,被应用于社会的各个领域。 另一方面,赫兹波还没有被应用。然而,赫兹波具有以下有吸引力的特性和各领域的预期是很有用的。
    的头像 发表于 09-29 06:18 149次阅读
    关于<b class='flag-5'>太</b><b class='flag-5'>赫兹</b>波的介绍

    柔性赫兹超构材料传感器,用于农药浓度检测

    近日,西安交通大学电信学部信通学院徐开达课题组与中物院微系统与赫兹研究中心开展合作研究,利用柔性衬底与石墨烯材料设计了一款应用于农药浓度检测的
    的头像 发表于 05-28 10:24 1756次阅读
    柔性<b class='flag-5'>太</b><b class='flag-5'>赫兹</b>超构材料传感器,用于农药浓度检测

    赫兹时域光谱系统

    到材料的复数频率响应,通常会利用超短脉冲泵浦激光的非线性过程产生一个特定频率范围的赫兹脉冲。赫兹脉冲会在样品中透射以及被反射。随后,
    的头像 发表于 05-24 06:33 404次阅读
    <b class='flag-5'>太</b><b class='flag-5'>赫兹</b>时域光谱系统

    脉冲赫兹信号的探测方式有哪几种

    脉冲赫兹信号的探测赫兹科学技术领域的一个重要分支,它在材料检测、生物医学成像、安全检查以及
    的头像 发表于 05-16 18:26 1041次阅读

    赫兹关键技术及在通信里的应用

    赫兹波在自然界中随处可见,我们身边的大部分物体的热辐射都是赫兹波。它是位于微波和红外短波之间的过渡区域的电磁波,在电子学领域,这段电磁波称为毫米波和亚毫米波,在光学领域,又被称为远
    发表于 04-16 10:34 1931次阅读
    <b class='flag-5'>太</b><b class='flag-5'>赫兹</b>关键<b class='flag-5'>技术</b>及在通信里的应用

    芯问科技赫兹芯片集成封装技术通过验收

    《半导体芯科技》杂志文章 芯问科技“赫兹芯片集成封装技术”项目近日顺利通过上海市科学技术委员会的验收。 该项目基于
    的头像 发表于 04-02 15:23 623次阅读

    赫兹技术的国内外发展状况

    在材料鉴定方面,大多数分子均有相应的赫兹波段的“指纹”特征谱,研究材料在这一波段的光谱对于物质结构的性质以及揭示新的物质有着重要的意义。
    发表于 02-29 09:39 974次阅读
    <b class='flag-5'>太</b><b class='flag-5'>赫兹</b><b class='flag-5'>技术</b>的国内外发展状况

    研究人员开发出一种新型赫兹成像系统

    赫兹波可以穿透不透明材料,并提供各种化学物质的独特光谱特征,但它们在现实世界中的应用受到赫兹成像系统速度慢、尺寸大、成本高和复杂性的限制。问题在于缺乏合适的焦平面阵列
    的头像 发表于 01-19 10:05 752次阅读
    研究人员开发出一种新型<b class='flag-5'>太</b><b class='flag-5'>赫兹</b>成像系统

    赫兹真空器件的重要组成部件

    赫兹波处于电磁波谱中电子学与光子学之间的空隙区域,具有不同于低频微波和高频光学的独特属性,在无线通信、生物医学、公共安全等军事和民用领域具有广泛的应用前景。赫兹
    的头像 发表于 01-04 10:03 1471次阅读
    <b class='flag-5'>太</b><b class='flag-5'>赫兹</b>真空器件的重要组成部件

    用单像素赫兹传感器检测材料中的隐藏缺陷

    使用单像素光谱探测器快速检测隐藏物体或缺陷的衍射赫兹传感器示意图。 在工程和材料科学领域,检测材料中隐藏的结构或缺陷至关重要。传统的赫兹
    的头像 发表于 01-03 06:33 416次阅读
    用单像素<b class='flag-5'>太</b><b class='flag-5'>赫兹</b>传感器检测材料中的隐藏缺陷

    高通量赫兹成像的进展与挑战

    基于图像传感器阵列的不同赫兹成像系统的功能和局限性总结 赫兹波介于红外波段和毫米波段之间,具有许多独特的性质,因此在无损检测、安全筛查、生物医学诊断、文化遗产保护、化学鉴定、材料表
    的头像 发表于 12-18 06:33 439次阅读
    高通量<b class='flag-5'>太</b><b class='flag-5'>赫兹</b>成像的进展与挑战

    基于0.18μm CMOS工艺的高响应度赫兹探测器线阵

    探测器阵列由3个赫兹像素线性排列,每个像素由带交叉耦合电容的源极差分驱动自混频功率探测电路、高增益片上环形差分天线和集成电压放大器组成。各像素单元的输出相互独立,阵列规模的设计提高
    发表于 12-07 11:33 867次阅读
    基于0.18μm CMOS工艺的高响应度<b class='flag-5'>太</b><b class='flag-5'>赫兹</b><b class='flag-5'>探测</b>器线阵

    九峰山实验室着力破解赫兹器件频率瓶颈

    来源:湖北九峰山实验室   2023年11月,九峰山实验室基于氮化镓(GaN)材料的赫兹肖特基二极管(SBD)研制成功。经验证,该器件性能已达到国际前沿水平。肖特基二极管(SBD)技术
    的头像 发表于 12-05 17:48 685次阅读
    九峰山实验室着力破解<b class='flag-5'>太</b><b class='flag-5'>赫兹</b>器件频率瓶颈

    浅谈单像素衍射赫兹传感器的结构缺陷

    为了改变这种模式,加州大学洛杉矶分校Samueli工程学院和加州纳米系统研究所的研究人员开发了一种独特的赫兹传感器,该传感器可以使用单像素光谱赫兹
    发表于 11-08 09:54 278次阅读
    浅谈单像素衍射<b class='flag-5'>太</b><b class='flag-5'>赫兹</b>传感器的结构缺陷