eng
Выпуск #6/2017
В.В.Старцев, В.К.Попов, А.В.Наумов
Мультиспектральная система досмотра в ИК- и ТГц-диапазонах
Мультиспектральная система досмотра в ИК- и ТГц-диапазонах
Просмотры: 4369
Осознание существования террористической угрозы в отношении объектов особой важности выдвинуло задачу обеспечения этих объектов современными средствами защиты. Описан мультиспектральный комплекс обнаружения скрытно проносимых предметов в инфракрасном и терагерцевом диапазонах электромагнитных волн, приведены его основные технические и конструктивные характеристики.
DOI: 10.22184/1993-7296.2017.66.6.98.112
DOI: 10.22184/1993-7296.2017.66.6.98.112
Теги: multispectral system of inspection terahertz radiation мультиспектральная система досмотра терагерцевое излучение
Различные материалы и биологические ткани обладают различным поглощением в терагерцевом диапазоне, что обеспечивает необходимую контрастность изображений. Разработанный комплекс предназначен для обнаружения запрещенных органических, металлических и полимерных веществ при скрытом проносе в элементах одежды, в терагерцевом диапазоне радиоволн и комбинированном виде в видимом, инфракрасном, терагерцевом диапазонах. Краткий обзор развития технологии инфракрасного детектирования ранее был представлен в журнале "Фотоника" (см. Фотоника, 2017, № 3, "Мультиспектральный модуль обнаружения и анализа угроз для охраны протяженных объектов на базе ИК- и видео систем"). В компании АО "ОКБ Астрон" разработан и создан терагерцевый комплекс обнаружения запрещенных предметов. В статье описаны назначение и область применения комплекса, его основные технические и конструктивные характеристики.
ТЕРАГЕРЦЕВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
Диапазон частот терагерцевого (ТГц) излучения занимает промежуточное положение между инфракрасной (ИК) и микроволновой областями электромагнитного спектра (рис.1). Условно границами ТГц-диапазона считаются частоты 0,02 ТГц и 10,00 ТГц [1]. Этот частотный интервал занимает часть электромагнитного спектра между инфракрасным (ИК) и микроволновым диапазонами, поэтому его часто также называют дальним ИК- или субмиллиметровым диапазоном. В терагерцевом диапазоне лежат спектры сложных органических молекул (молекулы белков и ДНК, взрывчатых веществ и др.).
Терагерцевое излучение является неионизирующим, в отличие от рентгеновского излучения. Биологические ткани обладают различным поглощением в данном диапазоне, что позволяет обеспечить контрастность снимков. По сравнению с видимым и ИК- излучением терагерцевое излучение менее подвержено рассеянию. В результате в этом диапазоне прозрачны многие сухие диэлектрические материалы, такие как ткани, дерево, бумага, пластмассы. Поэтому терагерцевое излучение можно использовать для неразрушающего контроля материалов, сканирования в аэропортах и прочих контролируемых службах. В то же время длина волны излучения достаточно мала, чтобы обеспечить субмикронное пространственное разрешение при использовании свободно распространяющегося излучения. Молекулы различных веществ имеют свои уникальные резонансные линии в терагерцевом спектре, которые можно использовать для точной идентификации. Это позволяет проводить идентификацию молекул по их спектральным "отпечаткам". В сочетании с получением изображения в терагерцевом диапазоне это позволяет определить не только форму, но и состав исследуемого объекта.
Терагерцевое излучение может быть детектировано во временной области, т. е. может быть измерена как амплитуда, так и фаза электромагнитного поля. Это позволяет напрямую измерять вносимый исследуемым объектом сдвиг фаз, а значит позволяет исследовать быстропротекающие процессы. Особенность терагерцевого анализа заключается в том, что он обладает возможностью одновременно измерять амплитуду и фазу волны. В обычных спектроскопах, используемых службами контроля скрытно проносимых предметов, измеряют только интенсивность излучения на определенных частотах. Терагерцевые эксперименты часто включают в себя измерения временных характеристик электромагнитного поля терагерцевых импульсов, которые взаимодействовали с образцом (т. е. отразились или прошли через него). Преобразование Фурье, примененное к этим данным временной области, позволяет получить информацию о фазе и амплитуде импульса, а также множество дополнительной информации об образце, с которым взаимодействовал терагерцевый импульс [2–4].
ИСТОРИЯ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТОК
Первые эксперименты, связанные с детектированием ТГц-излучения, проводились еще в 1897 году Хенриком Рубенсом и Фоксом Николасом [5]. Тогда они решали задачу определения спектрального состава излучения абсолютно черного тела с помощью болометра. Намного позднее, в 1975 году, Аустон [6] разработал генератор импульсного ТГц-излучения, построенный на основе фотопереключателя – фотопроводящей антенны, возбуждаемой фемтосекундными лазерными импульсами оптического диапазона. Создание в 80‑х годах мощных импульсных лазеров, в частности, фемтосекундных, т. е. генерирующих импульсы длительностью порядка 100 фс (1 фс = 10–15 с), открыло путь для разработки компактных источников терагерцевого излучения, основанных на взаимодействии лазерного излучения с веществом. Выяснилось, что терагерцевое излучение можно получить за счет нелинейного преобразования высокоинтенсивного лазерного излучения в кристаллах (генерация разностной частоты), а также за счет некоторых линейных эффектов, таких как индуцированная лазерным импульсом генерация носителей в полупроводниках.
В конце 80‑х годов свершился прорыв в терагерцевых исследованиях: был впервые продемонстрирован метод терагерцевой спектроскопии во временной области (Terahertz Time-Domain Spectroscopy, THz TDS). Этот метод основан на генерации и детектировании когерентного терагерцевого излучения с помощью импульсов одного и того же лазера. В отличие от других методов, где измеряется только огибающая импульса или мощность излучения, терагерцевая спектроскопия во временной области позволяет с высоким разрешением непосредственно детектировать электрическое поле терагерцевого импульса, длительность которого – всего порядка 1 пс (10–12 с). Непосредственное измерение электрического поля позволяет извлечь информацию о сдвиге фазы терагерцевого поля при его взаимодействии с объектом, а значит, открывает возможности для исследования сверхбыстрых (происходящих за доли пикосекунд) процессов.
Развитие лазерной техники, создание установок, способных генерировать стабильные и мощные ультракороткие лазерные оптические импульсы, привело к дальнейшему развитию ТГц-спектроскопии [7, 8]. Первые исследования в этой сфере провели Мартин Нусс и его коллеги в лабораториях Bell Labs в начале 1990-х годов. Исторически первым лидером в терагерцевых исследованиях стала исследовательская группа из Ренселлеровского политехнического института во главе с доктором Сичен Чжань. Ренселлеровский политехнический институт одним из первых открыл отдельную лабораторию, которая занимается только терагерцевыми исследованиями. На конференции CLEO (Conference on Lasers and Electro-Optics) в 2005 году Сичен Чжань и его коллеги сделали доклад о первых результатах применения терагерцевых волн для выявления взрывчатых веществ и биологического оружия. Используя терагерцевое излучение на частоте 0,3 ТГц, они сумели дистанционно идентифицировать образцы муки, соли, соды и спор бактерий.
Компания TeraView, Кембридж (Англия), выделилась из исследовательской лаборатории Toshiba в начале 2001 года. Сотрудники TeraView первыми провели ряд экспериментов по многослойному сканированию полупроводниковых микросхем, что уже открывало перед новой технологией перспективы практического использования в дефектоскопии.
Исследовательская группа StarTiger (Space Technology Advancements by Resourceful, Targeted and Innovative Groups of Experts and Researchers) была основана в 2002 году Европейским космическим агентством на базе лаборатории Резерфорда и Эплтона (Англия, Оксфорд). Группа StarTiger получила первую в мире терагерцевую фотографию руки человека. Сенсор, разработанный группой StarTiger, использует терагерцевое излучение 2 диапазонов частот – 0,25 и 0,30 ТГц. Таким образом, получается изображение в двух спектрах и создается контраст между материалами с различными параметрами пропускания и отражения в разных спектрах. Основное достоинство такого сенсора связано с тем, что он не излучает электромагнитные волны. Это пассивная камера терагерцевого диапазона, который испускается практически всеми объектами, как биологическими, так и не живыми.
Оборонная компания QinetiQ из Великобритании в те же годы разработала также двухспектральный терагерцевый сенсор. Поскольку сенсор функционирует на двух частотах – 250 и 300 гигагерц, то становится возможным различать материалы, используя их оптические характеристики, например отражающую способность. В терагерцевом спектре отражающая способность тела снижается, а излучательная способность повышается с ростом частоты излучения. Эту особенность можно использовать для того, чтобы снизить число ложных тревог. Удалось получить изображение различных объектов через разные материалы – ножи и неметаллические предметы, спрятанные в карманах и газете.
Английская компания ThruVision (выделилась из лаборатории Резерфорда и Эплтона в начале 2000-х годaх) в 2008 году разработала новый тип ТГц-детектора для индустрии безопасности и провела его испытания. В основе детекторов лежит использование микроструктур на основе GaAs и GaInAs с фотонными кристаллами. Детектор позволяет улавливать излучение в диапазоне от нескольких сот гигагерц до нескольких терагерц и имеет чувствительность на уровне пиковатт. Особенно ценным является налаженное промышленное производство матриц детекторов терагерцевого диапазона этой фирмой. Достоинством данной технологии является то, что она пассивная и позволяет получать изображения с помощью излучения самого объекта. Детекторы работают при комнатной температуре с частотой больше 1 Гц, что позволяет снимать движущиеся объекты.
Основы применения комбинированного видимого и терагерцевого изображения в начале 2000-х годов предложил Рик Блюм, профессор университета LeHigh (США). Полученное им комбинированное изображение дает больше информации, чем содержится в каждом исходном изображении по отдельности. На комбинированном изображении достаточно информации, чтобы видеть, например, оружие, скрытое под одеждой. Основная идея комбинирования двух изображений заключается в следующем. Цифровой образ исходного изображения подвергается вейвлет-преобразованию (Wavelet transform), на который накладывается терагерцевое изображение. Обратное вейвлет-преобразование позволяет получить комбинированное изображение. Такой подход был реализован нами при разработке комплекса.
Сегодня терагерцевая технология развивается в качестве абсолютно нового диагностического направления. Терагерцевые волны позволяют видеть сквозь многие оптически непрозрачные материалы. С помощью терагерцевого излучения можно получить снимок, по структуре подобный рентгеновскому, но без использования потенциально опасного рентгеновского излучения. Терагерцевый сенсор представляет собой пассивный датчик и абсолютно безвреден для человека, так как источником сигналов здесь является естественное излучение объектов. В аэропортах терагерцевый сенсор можно использовать для обнаружения оружия, спрятанного под одеждой. Причем в отличие от детекторов металла, которые используются сейчас, терагерцевый сенсор способен заметить и неметаллическую взрывчатку [9–14].
СТРУКТУРА КОМПЛЕКСА
В состав созданного на АО "ОКБ Астрон" терагерцевого комплекса обнаружения запрещенных предметов (рис.2) входит:
• терагерцевая камера;
• камера видеонаблюдения;
• тепловизионная камера;
• АРМ оператора;
• средства передачи информации от средств досмотра на АРМ оператора;
• источник бесперебойного питания.
ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА
КОМПЛЕКСА ОБНАРУЖЕНИЯ
Фотопроводящие антенны
Фотопроводящая антенна (ФП-антенна, photoconducting switch) является одним из наиболее часто используемых генераторов и приемников терагерцевого излучения. ФП-антенна состоит из двух металлических электродов (рис.3), расположенных на некотором расстоянии друг от друга на полупроводниковой подложке. К электродам прикладывается напряжение порядка нескольких киловольт. При освещении зазора между электродами ультракоротким лазерным импульсом концентрация носителей заряда в полупроводнике резко возрастает на короткое время (порядка единиц или десятков пикосекунд). Для эффективного поглощения лазерного излучения с освобождением носителей энергия фотона лазерного излучения должна превышать ширину запрещенной зоны полупроводника. Возникшие свободные носители ускоряются приложенным к зазору полем, в результате чего возникает кратковременный импульс тока, который и является источником терагерцевого излучения. Таким образом, лазерный импульс служит сверхбыстрым переключателем для антенны, переводящим ее из изолирующего в проводящее состояние. Длительность импульса тока и спектр испускаемой терагерцевой волны определяется временем жизни носителей в полупроводнике.
В реальной ситуации энергия терагерцевого импульса испытывает насыщение при увеличении энергии лазерного импульса. Это связано с тем, что фотоиндуцированные носители экранируют поле смещения. Увеличение поля смещения тоже наталкивается на ограничения, связанные с возможным электрическим пробоем подложки. Поле электрического пробоя составляет около 400 кВ/см для арсенида галлия (GaAs).
Приемник излучения
Выбор приемника излучения (ПИ) и длины волны, на которой он будет работать, определяет все остальные элементы конструкции изделия. Современная техника обнаружения взрывчатых (ВВ), отравляющих (ОВ) и наркотических (НВ) веществ в основном использует методы забора пробы воздуха и его хроматографический анализ. Наличие характерных полос поглощения в терагерцевой области спектра у ВВ, ОВ и НВ, а также отсутствие такого поглощения у материалов контейнера указывают на перспективность применения ТГц-излучения для их обнаружения спектральными методами и на возможность разработки и создания стационарных и портативных систем безопасности на основе терагерцевого видения.
Основным вопросом при выборе приемника является метод использования в активном или пассивном режиме. Однако существуют значительные трудности в изготовлении источников терагерцевого излучения для подсветки в активном режиме. Разработанный нами комплекс детектирует собственное терагерцевое излучение объектов без дополнительной подсветки.
СТРУКТУРА ТЕРАГЕРЦЕВОЙ КАМЕРЫ
Терагерцевая камера (ТГЦК) состоит из блоков (рис.4):
• Узел сканирования.
• Система фокусировки.
• СВЧ блок.
• Контроллер управления.
• Вычислитель управления и первичной обработки изображения.
Система фокусировки и оптическая схема
Зеркальные системы (ЗС) имеют значительные преимущества перед линзовыми системами. Они состоят из отражающих поверхностей, не вносящих хроматических аберраций, поэтому чисто зеркальные системы наилучшим образом применяют в ультрафиолетовой (УФ) и инфракрасной (ИК) областях спектра. При сравнительно несложных конструкциях ЗС можно получить достаточно совершенную коррекцию сферической аберрации. Эти системы имеют высокую светосилу и разрешающую способность при большей компактности. Поскольку оптическое стекло не работает в ТГц-области спектра излучения, компоненты оптической схемы ЗС были выполнены нами из металла.
Система фокусировки терагерцевого потока состоит из 4 алюминиевых зеркал, установленных на жестком шасси. Входное зеркало плоское – сканирующее; узел сканирования обеспечивает механическую развертку потока терагерцевого излучения от объекта на приемный детектор. Второе и четвертое зеркала цилиндрические, а третье – торическое. Первое зеркало является сканирующим, оно обеспечивает получение изображения необходимого пространства предметов и передает изображение на поверхность второго зеркала, которое формирует световое пятно, передаваемое на приемник излучения (рис.5). Коррекция искажений оптической системы выполнена по методу гауссовской квадратуры, при которой плотность трассируемых лучей определяется числом лучей, расположенных вдоль радиуса. Максимальное число равно 18. Этого достаточно для аберраций зрачка вплоть до 36 порядка.
Система фокусировки обеспечивает концентрацию потока ТГц-излучения от объекта на линейку из 8 конических волноводов приемного детектора. Диаметр сфокусированного пятна потока терагерцевого излучения примерно равен диаметру входного отверстия конического волновода рупорной антенны приемного детектора, около 7 мм. Это обеспечивает прием всего терагерцевого потока, поступающего от объекта на входное окно ТГЦК, что обеспечивает получение максимальной чувствительности системы.
СВЧ-блок, приемник излучения
Приемником потока терагерцевого излучения является СВЧ-блок, который получает терагерцевый сигнал от системы фокусировки. СВЧ-блок состоит из восьмиканального СВЧ-детектора, вспомогательного модуля и узла воздушного охлаждения. СВЧ-детектор состоит из восьми идентичных каналов, работающих одновременно для получения восьмикратного повышения скорости сканирования.
СВЧ-приемник выполнен по гетеродинной схеме. Частота гетеродина 125 ГГц и преобразование производится на второй гармонике гетеродина в смесителе из встречно-параллельных диодов Шотки. Рабочая полоса усилителя промежуточной частоты 20 ГГц. СВЧ-детектор представляет собой восемь приемных конических волноводов рупорных антенн, расположенных в линию, но со смещением в шахматном порядке. Такое расположение сделано для того, чтобы между эффективными апертурами волноводов не было просветов, так как эффективные апертуры меньше физических входных диаметров приемных конических волноводов. Внутри каждого приемного волновода установлен смеситель на встречно-параллельных диодах Шотки. Сигнал гетеродина подводится к смесителям по волноводам специальной конфигурации для обеспечения распределения одинаковой мощности и одной фазы для каждого диодного смесителя (рис.6).
Сигнал ПЧ усиливается малошумящими СВЧ-усилителями и детектируется активной схемой детектирования. Вспомогательный модуль СВЧ-детектора обеспечивает установку и поддержание режимов работы всех СВЧ-модулей для получения оптимального усиления и динамического диапазона полезного сигнала от бъекта. Получившийся сигнал оцифровывается и подается на контроллер управления и обработки для дальнейшего формирования кадра изображения.
КАМЕРА ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ
Камера видеонаблюдения модели AXIS M1011 со встроенным объективом компании "Axis Communications" использовалась нами как готовое изделие. Камера видеонаблюдения установлена рядом с входным окном терагерцевой камеры.
ТЕПЛОВИЗИОННАЯ КАМЕРА
Нами применена тепловизионная камера модели АСТРОН 384. Тепловизионный объектив компании "Астрон" является готовым изделием. Объектив выполнен из монокристалла германия с полосой пропускания 7–14 мкм и фокусным расстоянием 28 мм, пространственное разрешение IFOV 0,89 мрад (IFOV Instantaneous Field of View). Единственной дополнительной особенностью изделия являются повышенные требования к качеству германиевой оптики, что достигается использованием для изготовления заготовок высокосовершенных монокристаллов с низкой плотностью дислокаций и отсутствием их скоплений. Тепловизионная камера установлена рядом с входным окном терагерцевой камеры.
КОНТРОЛЛЕР УПРАВЛЕНИЯ И ОБРАБОТКИ СВЧ-БЛОКА И УЗЛА СКАНИРОВАНИЯ
Сигналы в цифровом виде от каждого из восьми каналов синхронизируются с положением входного сканирующего зеркала одновременно по двум координатам. Кадр изображения последовательно строится из 6 вертикальных полос, в свою очередь состоящих из восьми столбцов (по числу входных СВЧ-конических волноводов и детекторов). Полезный сигнал от объекта весьма мал по своей природе происхождения и маскируется неизбежными тепловыми шумами всего приемного тракта, поэтому производится цифровое накопление информации для каждого элемента (пикселя) кадра. При этом за несколько кадров полезная составляющая сигнала растет быстрее шумовой составляющей, что и позволяет лучше увидеть различные участки объекта. Сформированные кадры направляются на компьютер для дальнейшей обработки специальным программным обеспечением с целью выявления скрытых предметов и устранения помеховых сигналов.
УЗЕЛ СКАНИРОВАНИЯ
Узел сканирования предназначен для выполнения поворота первого зеркала системы фокусировки в двух плоскостях с целью последовательного обхода площади объекта и формирования кадра изображения в терагерцевом диапазоне. Поворотное зеркало закреплено на механизме узла сканирования. Два шаговых двигателя обеспечивают механическую развертку по вертикали и горизонтали потока терагерцевого излучения от объекта. Основные детали выполнены из алюминия для снижения массы и соответственно динамических нагрузок. Каждый шаговый двигатель управляется от собственного контроллера управления. Контроллеры управления двигателями получают управляющие сигналы от контроллера управления блока СВЧ. Узел сканирования выдает два сигнала синхронизации в контроллер управления блока СВЧ, которые соответствуют средним положениям поворотного зеркала. По этим сигналам производится синхронизация центра кадра изображения в терагерцевом диапазоне с основной оптической осью системы фокусировки. Узел сканирования установлен на шасси системы фокусировки для обеспечения точности и стабильности работы оптической системы терагерцевой камеры.
РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ ТЕРАГЕРЦЕВОГО КОМПЛЕКСА
Тест-объекты размещались на теле человека и закрывались различными материалами. На рис.7а приведены изображения (скриншот экрана АРМа) экспериментатора с надетым муляжом пояса, скрытого под одеждой. В центральной части (рис.7b) находится изображение, получаемое с терагерцевого канала (тестируемый объект уже виден). На рис.7с дано комбинированное изображение, обработанное аналитическим блоком АРМ. Видно, что комплекс уверенно обнаруживает тестируемый объект.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В АО "ОКБ Астрон" сформулирована концепция активной системы обнаружения на базе ТГц-источников и детекторов, обеспечивающей возможность обнаружения скрытно проносимых веществ, выбрана схема генерации ТГц-излучения и приема отраженного и рассеянного излучений. Также разработаны основы технологии компактных источников и приемников ТГц-излучения на базе наноструктур GaAs и InGaAs. Разработана конструкция и изготовлен макет компактного источника ТГц излучения (до 1,2 ТГц) на полупроводниковых наноструктурах с доставкой излучения, в том числе и по наноструктурированному оптоволокну. Разработана конструкция и изготовлен макет приемника ТГц-излучения (до 1,2 ТГц) с чувствительностью, позволяющей регистрировать сигналы от объектов обнаружения в режиме реального времени.
На базе ТГц-источников и детекторов компанией АО "ОКБ Астрон" изготовлена активная система обнаружения скрытно проносимых веществ. Система состоит из пассивной терагерцевой камеры, камеры видеонаблюдения и тепловизионной камеры, изделие выполнено в виде моноблока. В конструкции комплекса совместно с каналом ТГц-диапазона (реализованным пассивной терагерцевой камерой) реализованы: канал видеоизображения в видимом оптическом диапазоне и канал изображения в ИК-области спектра (8–14 мкм), имеется возможность последующего наложения полученных изображений и их совместной обработки. Параметры системы:
• частота смены кадров видеосигнала – 6 кадр/с;
• разрешение кадра видеосигнала – 320 Ч 240 пикселов для оптического и ИК-диапазона;
• формат изображения – jpg, видеоролика – avi;
• дальность передачи видеосигнала от комплекса – до АРМ оператора – до 100 м;
• время хранения записанной видеоинформации – не менее 30 суток.
Отображение результата досмотра осуществляется в двух режимах:
• терагерцевой камеры
• комбинированного видеонаблюдения с графическим выделением зоны расположения скрытого объекта (места закладки) на изображении досматриваемого субъекта.
Разработано специальное программное обеспечение (СПО) для АРМ оператора. Оно позволяет создавать масштабную проекционную модель объекта досмотра с последующей автоматической обработкой видеосигналов, получаемых от пассивной терагерцевой камеры, камеры видеонаблюдения, тепловизионной камеры, с целью обнаружения запрещенных предметов.
СПО выдает автоматическую сигнализацию оператору о попытках противодействия распознаванию; выдает фото- и видео-изображения во внешнюю систему в видимом диапазоне для проведения фотоидентификации лица; определяет точное пространственное положение и соответствующие масштабные коэффициенты для проведения сравнения зарегистрированных аномалий изображений с библиотекой запрещенных к проносу предметов; с целью обнаружения запрещенных предметов производит синтез изображения субъекта путем анализа видеосигналов, полученных от пассивной терагерцевой камеры, камеры видеонаблюдения и тепловизионной камеры.
Возросшая в последнее время террористическая угроза в отношении объектов особой важности на первый план выдвигает задачу обеспечения этих объектов современными средствами защиты. Борьба с терроризмом – одна из самых приоритетных задач, стоящих перед всеми силовыми ведомствами России. Предлагаемая АО "ОКБ "Астрон" новая досмотровая система позволит существенно повысить уровень безопасности важнейших объектов российской инфраструктуры.
ЛИТЕРАТУРА
1. Майская В. На пути к достижению субмиллиметрового диапазона длин волн. – Электроника НТБ, 2013, № 6(00129), с. 33–58.
2. Lee Y.-S. Principles of Terahertz Science and Technology. Springer, 2009, p. 340.
3. Svintsov D., Vyurkov V., Yurchenko S., Otsuji T., Ryzhii V. Hydrodynamic Model of Electron-Hole Plasma in Graphene. – Journal of Applied Physics, 2012, v. 111, 083715; doi: 10.1063/1.4705382.
4. Ryzhii V., Satou A., and Otsuji T. Plasma Waves in Two-Dimensional Electron-Hole System in Gated Graphene Heterostructures. – Journal of Applied Physics, 2007, v.101, 024509; doi: 10.1063/1.2426904.
5. Baryshnikov N. V., Ryzii V., Ryabova N., Ryzii M., Mitin V., Otsuji T., Karasik V. E. Terahertz and Infrared Photodetectors Based on Multiple Graphene Layer and Nanoribbon Structures. – Opto-electronics Rewiew 20, 2012, № .1, p.15–25.
6. Rubens H., Nichols E. F. Heat Rays of Great Wave Length – Phys. Rev., 1897, v.4, p. 314–323, (1897).
7. Auston D. H. Picosecond Optoelectronic Switching and Gating in Silicon. – Appl. Phys. Lett., 1975, v. 26, p.101–103.
8. Grischkowsky D., Keiding S., Vanexter M. Far-Infrared Time-Domain Spectroscopy with Terahertz Beams of Dielectrics and Semiconductors. – J. Opt. Soc. Am., B7, 1990, p.2006–2015.
9. Cheville R. A., Grischkowsky D. Time-Domain Terahertz Pulsed Ranging Studies. – Appl. Phys. Lett., 1995, v. 67, p.1960–1962.
10. Pickwell-MacPherson E. Practical Considerations for in Vivo THz Imaging. – Terahertz Science and Technology, 2010, v. 3, № . 4.
11. Yang Y., Shutler A., Grischkowsky D. Measurement of the transmission of the atmosphere from 0.2 to 2 THz. – Optics express, 2011, v. 19, № 9.
12. Wallace V. P., Woodward R. M., Fitzgerald A. J. Terahertz Pulsed Imaging of Cancers. – Proceedings of SPIE, 2003, p. 4949.
13. Kemp M. C. Millimetre. Wave and THz Technology for the Detection of Concealed Threats – A Review. – Proc. of SPIE, 2006, v. 6402.
14. Зайцев К. И., Карасик В. Е., Королева С. А., Фокина И. Н. Исследование возможности использования терагерцевых изображающих систем для медицинской диагностики. – Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2012, № 4.
ТЕРАГЕРЦЕВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
Диапазон частот терагерцевого (ТГц) излучения занимает промежуточное положение между инфракрасной (ИК) и микроволновой областями электромагнитного спектра (рис.1). Условно границами ТГц-диапазона считаются частоты 0,02 ТГц и 10,00 ТГц [1]. Этот частотный интервал занимает часть электромагнитного спектра между инфракрасным (ИК) и микроволновым диапазонами, поэтому его часто также называют дальним ИК- или субмиллиметровым диапазоном. В терагерцевом диапазоне лежат спектры сложных органических молекул (молекулы белков и ДНК, взрывчатых веществ и др.).
Терагерцевое излучение является неионизирующим, в отличие от рентгеновского излучения. Биологические ткани обладают различным поглощением в данном диапазоне, что позволяет обеспечить контрастность снимков. По сравнению с видимым и ИК- излучением терагерцевое излучение менее подвержено рассеянию. В результате в этом диапазоне прозрачны многие сухие диэлектрические материалы, такие как ткани, дерево, бумага, пластмассы. Поэтому терагерцевое излучение можно использовать для неразрушающего контроля материалов, сканирования в аэропортах и прочих контролируемых службах. В то же время длина волны излучения достаточно мала, чтобы обеспечить субмикронное пространственное разрешение при использовании свободно распространяющегося излучения. Молекулы различных веществ имеют свои уникальные резонансные линии в терагерцевом спектре, которые можно использовать для точной идентификации. Это позволяет проводить идентификацию молекул по их спектральным "отпечаткам". В сочетании с получением изображения в терагерцевом диапазоне это позволяет определить не только форму, но и состав исследуемого объекта.
Терагерцевое излучение может быть детектировано во временной области, т. е. может быть измерена как амплитуда, так и фаза электромагнитного поля. Это позволяет напрямую измерять вносимый исследуемым объектом сдвиг фаз, а значит позволяет исследовать быстропротекающие процессы. Особенность терагерцевого анализа заключается в том, что он обладает возможностью одновременно измерять амплитуду и фазу волны. В обычных спектроскопах, используемых службами контроля скрытно проносимых предметов, измеряют только интенсивность излучения на определенных частотах. Терагерцевые эксперименты часто включают в себя измерения временных характеристик электромагнитного поля терагерцевых импульсов, которые взаимодействовали с образцом (т. е. отразились или прошли через него). Преобразование Фурье, примененное к этим данным временной области, позволяет получить информацию о фазе и амплитуде импульса, а также множество дополнительной информации об образце, с которым взаимодействовал терагерцевый импульс [2–4].
ИСТОРИЯ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТОК
Первые эксперименты, связанные с детектированием ТГц-излучения, проводились еще в 1897 году Хенриком Рубенсом и Фоксом Николасом [5]. Тогда они решали задачу определения спектрального состава излучения абсолютно черного тела с помощью болометра. Намного позднее, в 1975 году, Аустон [6] разработал генератор импульсного ТГц-излучения, построенный на основе фотопереключателя – фотопроводящей антенны, возбуждаемой фемтосекундными лазерными импульсами оптического диапазона. Создание в 80‑х годах мощных импульсных лазеров, в частности, фемтосекундных, т. е. генерирующих импульсы длительностью порядка 100 фс (1 фс = 10–15 с), открыло путь для разработки компактных источников терагерцевого излучения, основанных на взаимодействии лазерного излучения с веществом. Выяснилось, что терагерцевое излучение можно получить за счет нелинейного преобразования высокоинтенсивного лазерного излучения в кристаллах (генерация разностной частоты), а также за счет некоторых линейных эффектов, таких как индуцированная лазерным импульсом генерация носителей в полупроводниках.
В конце 80‑х годов свершился прорыв в терагерцевых исследованиях: был впервые продемонстрирован метод терагерцевой спектроскопии во временной области (Terahertz Time-Domain Spectroscopy, THz TDS). Этот метод основан на генерации и детектировании когерентного терагерцевого излучения с помощью импульсов одного и того же лазера. В отличие от других методов, где измеряется только огибающая импульса или мощность излучения, терагерцевая спектроскопия во временной области позволяет с высоким разрешением непосредственно детектировать электрическое поле терагерцевого импульса, длительность которого – всего порядка 1 пс (10–12 с). Непосредственное измерение электрического поля позволяет извлечь информацию о сдвиге фазы терагерцевого поля при его взаимодействии с объектом, а значит, открывает возможности для исследования сверхбыстрых (происходящих за доли пикосекунд) процессов.
Развитие лазерной техники, создание установок, способных генерировать стабильные и мощные ультракороткие лазерные оптические импульсы, привело к дальнейшему развитию ТГц-спектроскопии [7, 8]. Первые исследования в этой сфере провели Мартин Нусс и его коллеги в лабораториях Bell Labs в начале 1990-х годов. Исторически первым лидером в терагерцевых исследованиях стала исследовательская группа из Ренселлеровского политехнического института во главе с доктором Сичен Чжань. Ренселлеровский политехнический институт одним из первых открыл отдельную лабораторию, которая занимается только терагерцевыми исследованиями. На конференции CLEO (Conference on Lasers and Electro-Optics) в 2005 году Сичен Чжань и его коллеги сделали доклад о первых результатах применения терагерцевых волн для выявления взрывчатых веществ и биологического оружия. Используя терагерцевое излучение на частоте 0,3 ТГц, они сумели дистанционно идентифицировать образцы муки, соли, соды и спор бактерий.
Компания TeraView, Кембридж (Англия), выделилась из исследовательской лаборатории Toshiba в начале 2001 года. Сотрудники TeraView первыми провели ряд экспериментов по многослойному сканированию полупроводниковых микросхем, что уже открывало перед новой технологией перспективы практического использования в дефектоскопии.
Исследовательская группа StarTiger (Space Technology Advancements by Resourceful, Targeted and Innovative Groups of Experts and Researchers) была основана в 2002 году Европейским космическим агентством на базе лаборатории Резерфорда и Эплтона (Англия, Оксфорд). Группа StarTiger получила первую в мире терагерцевую фотографию руки человека. Сенсор, разработанный группой StarTiger, использует терагерцевое излучение 2 диапазонов частот – 0,25 и 0,30 ТГц. Таким образом, получается изображение в двух спектрах и создается контраст между материалами с различными параметрами пропускания и отражения в разных спектрах. Основное достоинство такого сенсора связано с тем, что он не излучает электромагнитные волны. Это пассивная камера терагерцевого диапазона, который испускается практически всеми объектами, как биологическими, так и не живыми.
Оборонная компания QinetiQ из Великобритании в те же годы разработала также двухспектральный терагерцевый сенсор. Поскольку сенсор функционирует на двух частотах – 250 и 300 гигагерц, то становится возможным различать материалы, используя их оптические характеристики, например отражающую способность. В терагерцевом спектре отражающая способность тела снижается, а излучательная способность повышается с ростом частоты излучения. Эту особенность можно использовать для того, чтобы снизить число ложных тревог. Удалось получить изображение различных объектов через разные материалы – ножи и неметаллические предметы, спрятанные в карманах и газете.
Английская компания ThruVision (выделилась из лаборатории Резерфорда и Эплтона в начале 2000-х годaх) в 2008 году разработала новый тип ТГц-детектора для индустрии безопасности и провела его испытания. В основе детекторов лежит использование микроструктур на основе GaAs и GaInAs с фотонными кристаллами. Детектор позволяет улавливать излучение в диапазоне от нескольких сот гигагерц до нескольких терагерц и имеет чувствительность на уровне пиковатт. Особенно ценным является налаженное промышленное производство матриц детекторов терагерцевого диапазона этой фирмой. Достоинством данной технологии является то, что она пассивная и позволяет получать изображения с помощью излучения самого объекта. Детекторы работают при комнатной температуре с частотой больше 1 Гц, что позволяет снимать движущиеся объекты.
Основы применения комбинированного видимого и терагерцевого изображения в начале 2000-х годов предложил Рик Блюм, профессор университета LeHigh (США). Полученное им комбинированное изображение дает больше информации, чем содержится в каждом исходном изображении по отдельности. На комбинированном изображении достаточно информации, чтобы видеть, например, оружие, скрытое под одеждой. Основная идея комбинирования двух изображений заключается в следующем. Цифровой образ исходного изображения подвергается вейвлет-преобразованию (Wavelet transform), на который накладывается терагерцевое изображение. Обратное вейвлет-преобразование позволяет получить комбинированное изображение. Такой подход был реализован нами при разработке комплекса.
Сегодня терагерцевая технология развивается в качестве абсолютно нового диагностического направления. Терагерцевые волны позволяют видеть сквозь многие оптически непрозрачные материалы. С помощью терагерцевого излучения можно получить снимок, по структуре подобный рентгеновскому, но без использования потенциально опасного рентгеновского излучения. Терагерцевый сенсор представляет собой пассивный датчик и абсолютно безвреден для человека, так как источником сигналов здесь является естественное излучение объектов. В аэропортах терагерцевый сенсор можно использовать для обнаружения оружия, спрятанного под одеждой. Причем в отличие от детекторов металла, которые используются сейчас, терагерцевый сенсор способен заметить и неметаллическую взрывчатку [9–14].
СТРУКТУРА КОМПЛЕКСА
В состав созданного на АО "ОКБ Астрон" терагерцевого комплекса обнаружения запрещенных предметов (рис.2) входит:
• терагерцевая камера;
• камера видеонаблюдения;
• тепловизионная камера;
• АРМ оператора;
• средства передачи информации от средств досмотра на АРМ оператора;
• источник бесперебойного питания.
ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА
КОМПЛЕКСА ОБНАРУЖЕНИЯ
Фотопроводящие антенны
Фотопроводящая антенна (ФП-антенна, photoconducting switch) является одним из наиболее часто используемых генераторов и приемников терагерцевого излучения. ФП-антенна состоит из двух металлических электродов (рис.3), расположенных на некотором расстоянии друг от друга на полупроводниковой подложке. К электродам прикладывается напряжение порядка нескольких киловольт. При освещении зазора между электродами ультракоротким лазерным импульсом концентрация носителей заряда в полупроводнике резко возрастает на короткое время (порядка единиц или десятков пикосекунд). Для эффективного поглощения лазерного излучения с освобождением носителей энергия фотона лазерного излучения должна превышать ширину запрещенной зоны полупроводника. Возникшие свободные носители ускоряются приложенным к зазору полем, в результате чего возникает кратковременный импульс тока, который и является источником терагерцевого излучения. Таким образом, лазерный импульс служит сверхбыстрым переключателем для антенны, переводящим ее из изолирующего в проводящее состояние. Длительность импульса тока и спектр испускаемой терагерцевой волны определяется временем жизни носителей в полупроводнике.
В реальной ситуации энергия терагерцевого импульса испытывает насыщение при увеличении энергии лазерного импульса. Это связано с тем, что фотоиндуцированные носители экранируют поле смещения. Увеличение поля смещения тоже наталкивается на ограничения, связанные с возможным электрическим пробоем подложки. Поле электрического пробоя составляет около 400 кВ/см для арсенида галлия (GaAs).
Приемник излучения
Выбор приемника излучения (ПИ) и длины волны, на которой он будет работать, определяет все остальные элементы конструкции изделия. Современная техника обнаружения взрывчатых (ВВ), отравляющих (ОВ) и наркотических (НВ) веществ в основном использует методы забора пробы воздуха и его хроматографический анализ. Наличие характерных полос поглощения в терагерцевой области спектра у ВВ, ОВ и НВ, а также отсутствие такого поглощения у материалов контейнера указывают на перспективность применения ТГц-излучения для их обнаружения спектральными методами и на возможность разработки и создания стационарных и портативных систем безопасности на основе терагерцевого видения.
Основным вопросом при выборе приемника является метод использования в активном или пассивном режиме. Однако существуют значительные трудности в изготовлении источников терагерцевого излучения для подсветки в активном режиме. Разработанный нами комплекс детектирует собственное терагерцевое излучение объектов без дополнительной подсветки.
СТРУКТУРА ТЕРАГЕРЦЕВОЙ КАМЕРЫ
Терагерцевая камера (ТГЦК) состоит из блоков (рис.4):
• Узел сканирования.
• Система фокусировки.
• СВЧ блок.
• Контроллер управления.
• Вычислитель управления и первичной обработки изображения.
Система фокусировки и оптическая схема
Зеркальные системы (ЗС) имеют значительные преимущества перед линзовыми системами. Они состоят из отражающих поверхностей, не вносящих хроматических аберраций, поэтому чисто зеркальные системы наилучшим образом применяют в ультрафиолетовой (УФ) и инфракрасной (ИК) областях спектра. При сравнительно несложных конструкциях ЗС можно получить достаточно совершенную коррекцию сферической аберрации. Эти системы имеют высокую светосилу и разрешающую способность при большей компактности. Поскольку оптическое стекло не работает в ТГц-области спектра излучения, компоненты оптической схемы ЗС были выполнены нами из металла.
Система фокусировки терагерцевого потока состоит из 4 алюминиевых зеркал, установленных на жестком шасси. Входное зеркало плоское – сканирующее; узел сканирования обеспечивает механическую развертку потока терагерцевого излучения от объекта на приемный детектор. Второе и четвертое зеркала цилиндрические, а третье – торическое. Первое зеркало является сканирующим, оно обеспечивает получение изображения необходимого пространства предметов и передает изображение на поверхность второго зеркала, которое формирует световое пятно, передаваемое на приемник излучения (рис.5). Коррекция искажений оптической системы выполнена по методу гауссовской квадратуры, при которой плотность трассируемых лучей определяется числом лучей, расположенных вдоль радиуса. Максимальное число равно 18. Этого достаточно для аберраций зрачка вплоть до 36 порядка.
Система фокусировки обеспечивает концентрацию потока ТГц-излучения от объекта на линейку из 8 конических волноводов приемного детектора. Диаметр сфокусированного пятна потока терагерцевого излучения примерно равен диаметру входного отверстия конического волновода рупорной антенны приемного детектора, около 7 мм. Это обеспечивает прием всего терагерцевого потока, поступающего от объекта на входное окно ТГЦК, что обеспечивает получение максимальной чувствительности системы.
СВЧ-блок, приемник излучения
Приемником потока терагерцевого излучения является СВЧ-блок, который получает терагерцевый сигнал от системы фокусировки. СВЧ-блок состоит из восьмиканального СВЧ-детектора, вспомогательного модуля и узла воздушного охлаждения. СВЧ-детектор состоит из восьми идентичных каналов, работающих одновременно для получения восьмикратного повышения скорости сканирования.
СВЧ-приемник выполнен по гетеродинной схеме. Частота гетеродина 125 ГГц и преобразование производится на второй гармонике гетеродина в смесителе из встречно-параллельных диодов Шотки. Рабочая полоса усилителя промежуточной частоты 20 ГГц. СВЧ-детектор представляет собой восемь приемных конических волноводов рупорных антенн, расположенных в линию, но со смещением в шахматном порядке. Такое расположение сделано для того, чтобы между эффективными апертурами волноводов не было просветов, так как эффективные апертуры меньше физических входных диаметров приемных конических волноводов. Внутри каждого приемного волновода установлен смеситель на встречно-параллельных диодах Шотки. Сигнал гетеродина подводится к смесителям по волноводам специальной конфигурации для обеспечения распределения одинаковой мощности и одной фазы для каждого диодного смесителя (рис.6).
Сигнал ПЧ усиливается малошумящими СВЧ-усилителями и детектируется активной схемой детектирования. Вспомогательный модуль СВЧ-детектора обеспечивает установку и поддержание режимов работы всех СВЧ-модулей для получения оптимального усиления и динамического диапазона полезного сигнала от бъекта. Получившийся сигнал оцифровывается и подается на контроллер управления и обработки для дальнейшего формирования кадра изображения.
КАМЕРА ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ
Камера видеонаблюдения модели AXIS M1011 со встроенным объективом компании "Axis Communications" использовалась нами как готовое изделие. Камера видеонаблюдения установлена рядом с входным окном терагерцевой камеры.
ТЕПЛОВИЗИОННАЯ КАМЕРА
Нами применена тепловизионная камера модели АСТРОН 384. Тепловизионный объектив компании "Астрон" является готовым изделием. Объектив выполнен из монокристалла германия с полосой пропускания 7–14 мкм и фокусным расстоянием 28 мм, пространственное разрешение IFOV 0,89 мрад (IFOV Instantaneous Field of View). Единственной дополнительной особенностью изделия являются повышенные требования к качеству германиевой оптики, что достигается использованием для изготовления заготовок высокосовершенных монокристаллов с низкой плотностью дислокаций и отсутствием их скоплений. Тепловизионная камера установлена рядом с входным окном терагерцевой камеры.
КОНТРОЛЛЕР УПРАВЛЕНИЯ И ОБРАБОТКИ СВЧ-БЛОКА И УЗЛА СКАНИРОВАНИЯ
Сигналы в цифровом виде от каждого из восьми каналов синхронизируются с положением входного сканирующего зеркала одновременно по двум координатам. Кадр изображения последовательно строится из 6 вертикальных полос, в свою очередь состоящих из восьми столбцов (по числу входных СВЧ-конических волноводов и детекторов). Полезный сигнал от объекта весьма мал по своей природе происхождения и маскируется неизбежными тепловыми шумами всего приемного тракта, поэтому производится цифровое накопление информации для каждого элемента (пикселя) кадра. При этом за несколько кадров полезная составляющая сигнала растет быстрее шумовой составляющей, что и позволяет лучше увидеть различные участки объекта. Сформированные кадры направляются на компьютер для дальнейшей обработки специальным программным обеспечением с целью выявления скрытых предметов и устранения помеховых сигналов.
УЗЕЛ СКАНИРОВАНИЯ
Узел сканирования предназначен для выполнения поворота первого зеркала системы фокусировки в двух плоскостях с целью последовательного обхода площади объекта и формирования кадра изображения в терагерцевом диапазоне. Поворотное зеркало закреплено на механизме узла сканирования. Два шаговых двигателя обеспечивают механическую развертку по вертикали и горизонтали потока терагерцевого излучения от объекта. Основные детали выполнены из алюминия для снижения массы и соответственно динамических нагрузок. Каждый шаговый двигатель управляется от собственного контроллера управления. Контроллеры управления двигателями получают управляющие сигналы от контроллера управления блока СВЧ. Узел сканирования выдает два сигнала синхронизации в контроллер управления блока СВЧ, которые соответствуют средним положениям поворотного зеркала. По этим сигналам производится синхронизация центра кадра изображения в терагерцевом диапазоне с основной оптической осью системы фокусировки. Узел сканирования установлен на шасси системы фокусировки для обеспечения точности и стабильности работы оптической системы терагерцевой камеры.
РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ ТЕРАГЕРЦЕВОГО КОМПЛЕКСА
Тест-объекты размещались на теле человека и закрывались различными материалами. На рис.7а приведены изображения (скриншот экрана АРМа) экспериментатора с надетым муляжом пояса, скрытого под одеждой. В центральной части (рис.7b) находится изображение, получаемое с терагерцевого канала (тестируемый объект уже виден). На рис.7с дано комбинированное изображение, обработанное аналитическим блоком АРМ. Видно, что комплекс уверенно обнаруживает тестируемый объект.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В АО "ОКБ Астрон" сформулирована концепция активной системы обнаружения на базе ТГц-источников и детекторов, обеспечивающей возможность обнаружения скрытно проносимых веществ, выбрана схема генерации ТГц-излучения и приема отраженного и рассеянного излучений. Также разработаны основы технологии компактных источников и приемников ТГц-излучения на базе наноструктур GaAs и InGaAs. Разработана конструкция и изготовлен макет компактного источника ТГц излучения (до 1,2 ТГц) на полупроводниковых наноструктурах с доставкой излучения, в том числе и по наноструктурированному оптоволокну. Разработана конструкция и изготовлен макет приемника ТГц-излучения (до 1,2 ТГц) с чувствительностью, позволяющей регистрировать сигналы от объектов обнаружения в режиме реального времени.
На базе ТГц-источников и детекторов компанией АО "ОКБ Астрон" изготовлена активная система обнаружения скрытно проносимых веществ. Система состоит из пассивной терагерцевой камеры, камеры видеонаблюдения и тепловизионной камеры, изделие выполнено в виде моноблока. В конструкции комплекса совместно с каналом ТГц-диапазона (реализованным пассивной терагерцевой камерой) реализованы: канал видеоизображения в видимом оптическом диапазоне и канал изображения в ИК-области спектра (8–14 мкм), имеется возможность последующего наложения полученных изображений и их совместной обработки. Параметры системы:
• частота смены кадров видеосигнала – 6 кадр/с;
• разрешение кадра видеосигнала – 320 Ч 240 пикселов для оптического и ИК-диапазона;
• формат изображения – jpg, видеоролика – avi;
• дальность передачи видеосигнала от комплекса – до АРМ оператора – до 100 м;
• время хранения записанной видеоинформации – не менее 30 суток.
Отображение результата досмотра осуществляется в двух режимах:
• терагерцевой камеры
• комбинированного видеонаблюдения с графическим выделением зоны расположения скрытого объекта (места закладки) на изображении досматриваемого субъекта.
Разработано специальное программное обеспечение (СПО) для АРМ оператора. Оно позволяет создавать масштабную проекционную модель объекта досмотра с последующей автоматической обработкой видеосигналов, получаемых от пассивной терагерцевой камеры, камеры видеонаблюдения, тепловизионной камеры, с целью обнаружения запрещенных предметов.
СПО выдает автоматическую сигнализацию оператору о попытках противодействия распознаванию; выдает фото- и видео-изображения во внешнюю систему в видимом диапазоне для проведения фотоидентификации лица; определяет точное пространственное положение и соответствующие масштабные коэффициенты для проведения сравнения зарегистрированных аномалий изображений с библиотекой запрещенных к проносу предметов; с целью обнаружения запрещенных предметов производит синтез изображения субъекта путем анализа видеосигналов, полученных от пассивной терагерцевой камеры, камеры видеонаблюдения и тепловизионной камеры.
Возросшая в последнее время террористическая угроза в отношении объектов особой важности на первый план выдвигает задачу обеспечения этих объектов современными средствами защиты. Борьба с терроризмом – одна из самых приоритетных задач, стоящих перед всеми силовыми ведомствами России. Предлагаемая АО "ОКБ "Астрон" новая досмотровая система позволит существенно повысить уровень безопасности важнейших объектов российской инфраструктуры.
ЛИТЕРАТУРА
1. Майская В. На пути к достижению субмиллиметрового диапазона длин волн. – Электроника НТБ, 2013, № 6(00129), с. 33–58.
2. Lee Y.-S. Principles of Terahertz Science and Technology. Springer, 2009, p. 340.
3. Svintsov D., Vyurkov V., Yurchenko S., Otsuji T., Ryzhii V. Hydrodynamic Model of Electron-Hole Plasma in Graphene. – Journal of Applied Physics, 2012, v. 111, 083715; doi: 10.1063/1.4705382.
4. Ryzhii V., Satou A., and Otsuji T. Plasma Waves in Two-Dimensional Electron-Hole System in Gated Graphene Heterostructures. – Journal of Applied Physics, 2007, v.101, 024509; doi: 10.1063/1.2426904.
5. Baryshnikov N. V., Ryzii V., Ryabova N., Ryzii M., Mitin V., Otsuji T., Karasik V. E. Terahertz and Infrared Photodetectors Based on Multiple Graphene Layer and Nanoribbon Structures. – Opto-electronics Rewiew 20, 2012, № .1, p.15–25.
6. Rubens H., Nichols E. F. Heat Rays of Great Wave Length – Phys. Rev., 1897, v.4, p. 314–323, (1897).
7. Auston D. H. Picosecond Optoelectronic Switching and Gating in Silicon. – Appl. Phys. Lett., 1975, v. 26, p.101–103.
8. Grischkowsky D., Keiding S., Vanexter M. Far-Infrared Time-Domain Spectroscopy with Terahertz Beams of Dielectrics and Semiconductors. – J. Opt. Soc. Am., B7, 1990, p.2006–2015.
9. Cheville R. A., Grischkowsky D. Time-Domain Terahertz Pulsed Ranging Studies. – Appl. Phys. Lett., 1995, v. 67, p.1960–1962.
10. Pickwell-MacPherson E. Practical Considerations for in Vivo THz Imaging. – Terahertz Science and Technology, 2010, v. 3, № . 4.
11. Yang Y., Shutler A., Grischkowsky D. Measurement of the transmission of the atmosphere from 0.2 to 2 THz. – Optics express, 2011, v. 19, № 9.
12. Wallace V. P., Woodward R. M., Fitzgerald A. J. Terahertz Pulsed Imaging of Cancers. – Proceedings of SPIE, 2003, p. 4949.
13. Kemp M. C. Millimetre. Wave and THz Technology for the Detection of Concealed Threats – A Review. – Proc. of SPIE, 2006, v. 6402.
14. Зайцев К. И., Карасик В. Е., Королева С. А., Фокина И. Н. Исследование возможности использования терагерцевых изображающих систем для медицинской диагностики. – Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2012, № 4.
Отзывы читателей
