eng
Выпуск #4/2019
В. В. Старцев, В. К. Попов, В. И. Войтов
Выбор спектрального диапазона для систем досмотра в терагерцевом диапазоне
Выбор спектрального диапазона для систем досмотра в терагерцевом диапазоне
Просмотры: 2720
Разработан комплекс обнаружения запрещенных веществ при их скрытом проносе в элементах одежды. Комплекс работает в видимом, ИК- и ТГц-диапазонах. Проведены спектральные исследования коэффициентов пропускания ТГц-излучения образцами упаковочных материалов и тканей: хлопчатобумажная, джинсовая, шерстяная ткани, свиная кожа, полиэтилен (толщиной около 0,2 мм), бумага (толщиной около 0,2 мм). Определена область частот, в которой все образцы упаковочных материалов и тканей одежды наиболее прозрачны.
DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2019.13.4.382.390
DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2019.13.4.382.390
Теги: detecting prohibited substances screening systems thz radiation spectroscopy обнаружение запрещенных веществ системы досмотра спектроскопия тгц-излучения
Разработан комплекс обнаружения запрещенных веществ при их скрытом проносе в элементах одежды. Комплекс работает в видимом, ИК- и ТГц-диапазонах. Проведены спектральные исследования коэффициентов пропускания ТГц-излучения образцами упаковочных материалов и тканей: хлопчатобумажная, джинсовая, шерстяная ткани, свиная кожа, полиэтилен (толщиной около 0,2 мм), бумага (толщиной около 0,2 мм). Определена область частот, в которой все образцы упаковочных материалов и тканей одежды наиболее прозрачны.
Статья поступила в редакцию 07.05.2019
Статья принята к публикации 28.05.2019
Известен ряд публикаций по результатам измерений спектральных коэффициентов пропускания терагерцевого (ТГц) излучения тканями и упаковочными веществами [1–3]. Однако данные, полученные в разных лабораториях, отличаются друг от друга, поэтому встала задача их экспериментальной проверки. Специалисты АО «ОКБ «Астрон» проводили такие испытания на этапе разработки комплекса обнаружения запрещенных веществ при их скрытом проносе в элементах одежды. Комплекс предназначен для работы в видимом, ИК- и ТГц-диапазонах. Эти результаты были представлены в обзоре развития систем ТГц-детектирования [1]. Настоящая статья посвящена вопросу выбора спектрального диапазона, оптимального для работы ТГц-изображающей системы.
К моменту начала исследований однозначный вид спектрального коэффициента пропускания ТГц-излучения атмосферой был не известен. Поэтому с целью выбора оптимального для построения ТГц-изображающей системы окна прозрачности была поставлена задача экспериментально определить коэффициент пропускания ТГц-излучения слоем атмосферы.
Выбор спектрального диапазона, оптимального для работы ТГц-изображающей системы в области частот от 0,02 до 10,00 ТГц был сделан на основе спектральных исследований коэффициентов пропускания ТГц-излучения тканью одежды, упаковочными материалами, слоем атмосферы.
При выборе спектрального диапазона был проведен комплекс экспериментально-теоретические исследований:
- проведены спектральные исследования коэффициентов пропускания ТГц-излучения различными упаковочными материалами, тканями одежды с целью определения частотной области, в которой перечисленные среды наиболее прозрачны;
- проведена оценка вклада процесса рассеяния ТГц-излучения в тканях одежды в общий коэффициент пропускания ТГц-излучения средой;
- применен метод [4, 5] математического описания процесса рассеяния ТГц-излучения в тканях одежды; установление связи между спектральным коэффициентом пропускания и структурой материала одежды;
- исследованы спектральные коэффициенты пропускания ТГц-излучения слоем атмосферы с целью выбора оптимального окна прозрачности атмосферы для построения ТГц-изображающей системы;
- осуществлен анализ результатов экспериментально-теоретических исследований и сделан выбор оптимального для построения пассивной ТГц-изображающей системы частотного диапазона.
Оборудование и методика измерений
Для достижения перечисленных целей были исследованы спектральные коэффициенты пропускания ТГц-излучения по интенсивности в широком спектральном диапазоне от 0,02 до 10,00 ТГц. В качестве оборудования были использованы ТГц-спектрометр во временной области (terahertz time-domain spectrometer) «zOmega» (рис. 1) и ИК-Фурье спектрометр «VERTEX 70V» (рис. 2). ТГц-спектрометр «zOmega» позволил регистрировать спектральные характеристики в области частот от 0,02 до 3,00 ТГц, а ИК-Фурье спектрометр «VERTEX 70V» позволил проводить исследования в частотном диапазоне от 1,50 до 10,00 ТГц. Важно отметить, что спектральные диапазоны работы обоих ТГц-спектрометров перекрываются, позволяя охватить всю необходимую область спектра электромагнитных волн.
Были проведены спектральные исследования коэффициентов пропускания ТГц-излучения по интенсивности следующими образцами упаковочных материалов и тканей: хлопчатобумажная ткань, джинсовая ткань, шерстяная ткань, шерстяной свитер, шерстяные брюки, шерстяное пальто, свиная кожа, полиэтилен (толщиной около 0,2 мм), бумага (толщиной около 0,2 мм). На основе результатов спектральных исследований была определена область частот, в которой все образцы упаковочных материалов и тканей одежды наиболее прозрачны.
Метод математического описания процесса рассеяния ТГц-излучения в тканях одежды позволил проанализировать влияние процесса рассеяния ТГц-излучения в среде на регистрируемые спектральные характеристики. Проведенные исследования спектрального коэффициента пропускания ТГц-излучения слоем атмосферы позволили определить область частот, в которой атмосфера наиболее прозрачна.
На основе полученных результатов спектральных исследований, результатов изучения процесса рассеяния ТГц-излучения веществом была установлена оптимальная для построения ТГц-изображающей системы область частот.
Терагерцовая спектроскопия во временной области работает за счет зондирования исследуемого объекта коротким импульсом ТГц-излучения длительностью всего в 1,00–2,00 пс [1, 2]. Прошедший через объект или отраженный от объекта сигнал (временная зависимость напряженности электрического поля) регистрируется детектором с высоким временным разрешением до 50–100 фс. Короткий импульс ТГц-излучения содержит спектральные составляющие в диапазоне частот от 0,01 до 3,5 ТГц, что позволяет, используя аппарат фурье-анализа, регистрировать комплексные амплитудные коэффициенты отражения или пропускания ТГц-излучения веществом [6].
Если проводить процедуру регистрации сигналов и обработки зарегистрированных данных в соответствии с определенной для этого методикой [7], то с помощью ТГц-спектроскопии можно восстанавливать спектральную зависимость комплексного показателя преломления образца [8], а также зависимость оптических характеристик образца от координаты по глубине – профиль оптических характеристик образца [9].
Эксперимент
Как генерация, так и детектирование ТГц-электрического поля с высоким временным разрешением используют ультракороткие лазерные импульсы оптического диапазона.
Генерация и детектирование ТГц-импульсов может осуществляться с помощью эффекта фотопереключения в полупроводнике. Источниками и детекторами ТГц-поля в данном случае являются фотопроводящие антенны. Генерация ТГц-импульсов может производиться с использованием нелинейного эффекта оптического выпрямления в электрооптических кристаллах, а также детектирования за счет использования эффекта Керра в электрооптических кристаллах. Данные эффекты близки друг к другу, так как они определяются одними и теми же коэффициентами тензора нелинейной диэлектрической восприимчивости вещества. Существуют методы генерации и детектирования ТГц-поля в воздушной плазме. Подробно перечисленные методы рассмотрены в работах [1, 2, 9].
Принципиальная схема терагерцевого спектрометра «zOmega» представлена на рис. 3. В данном спектрометре генерация ТГц-импульсов осуществляется в фотопроводящей антенне, накачиваемой фемтосекундными импульсами волоконного Yb-лазера, а детектирование ТГц-электромагнитного поля осуществляется в электрооптическом детекторе, построенном на основе кристалла ZnTe. Кратко опишем принцип действия ТГц-спектрометра.
Длительность ультракоротких оптических импульсов волоконного лазера составляет 80 фс, а частота их следования 50 МГц.
Пучок фемтосекундного волоконного лазера (ФСВЛ) падает на светоделитель (СД), расщепляется на две части: пучок накачки и пробный пучок, причем пучок накачки имеет большую интенсивность [4,5].
Ультракороткие импульсы пучка накачки попадают на диэлектрическую подложку фотопроводящей антенны (ФПА). Каждый оптический импульс накачки участвует в генерации соответствующего ему импульса ТГц-излучения. Типичный вид ТГц-импульса, полученного с помощью фотопроводящей антенны на основе GaAs и зарегистрированного электрооптическим детектором, приведен на рис. 4а, а его амплитудный Фурье-спектр – на рис. 4b.
Обсуждение результатов
Рассмотрим результаты спектральных исследований образцов на примере хлопчатобумажной ткани. Для визуализации зарегистрированных графиков спектральных коэффициентов пропускания использовался пакет прикладных программ для решения задач технических вычислений MATLAB.
На рис. 5–7 приведены спектральные коэффициенты пропускания по интенсивности ТГц-излучения образцами хлопчатобумажной ткани. Рисунки детализируют графики зависимости спектрального коэффициента пропускания в области от 0,02 ТГц до 0,50 ТГц.
Результаты спектральных исследований образцов хлопчатобумажных тканей показывают, что данный вид тканей пропускает более 50% ТГц-излучения по мощности в частотном диапазоне от 0,02 до 1,00 ТГц. Выше 1,00 ТГц-спектральный коэффициент пропускания сильно спадает, и с 3,00 до 10,00 ТГц его значение близко к нулю.
Аналогичным способом были изучены другие упаковочные материалы. Результаты спектральных исследований и математического моделирования показали, что ТГц-излучение сильно рассеивается в одежде. Для большинства рассмотренных упаковочных материалов, тканей одежды спектральный коэффициент пропускания ТГц-излучения по интенсивности приближается к нулю на частотах выше 1,50–2,50 ТГц. Наиболее сильно ослабление ТГц-излучения происходит при его прохождении через слой свиной кожи, а также через шерстяную одежду.
Определено, что шерстяной свитер пропускает более 40% ТГц-излучения по интенсивности в узкой спектральной области от 0,02 до 0,10 ТГц, а на частотах, меньших 3,5 ТГц, – порядка 5% ТГц-излучения, являясь наиболее непрозрачной из изученных сред. Выделанная свиная кожа пропускает около 40% излучения при частоте менее 0,40 ТГц и обладает незначительным пропусканием в спектре до 3,00 ТГц.
На основе проведенных экспериментально-теоретических исследований мы установили, что ослабление ТГц-излучения в упаковочных материалах и одежде служит препятствием и не позволяет обнаружить скрытый запрещенный предмет на частотах выше 0,35 ТГц.
Было определено, что рабочая частота ТГц-изображающей системы должна лежать в диапазоне от 0,02 до 0,35 ТГц.
Существуют и другие факторы, определяющие выбор рабочей частоты ТГц-изображающей системы. Среди них – достижимая разрешающая способность системы, а также ограниченность элементной базы источников и приемников ТГц-излучения.
Очевидно, что предельное разрешение (размер минимально разрешимых деталей объекта) ТГц-изображающей системы прямо пропорционально рабочей частоте ТГц-изображающей системы. Для обеспечения возможности обнаружения мелких деталей исследуемого объекта в первую очередь необходимо выбрать максимальную рабочую частоту системы из интервала 0,02–0,35 ТГц.
Заключение
Для выбора рабочих параметров комплекса ТГц-изображающей аппаратуры контроля скрытого проноса в деталях одежды запрещенных веществ установлены связи между спектральным коэффициентом пропускания ТГц-излучения и структурой материала одежды. Обнаружено, что из изученных материалов шерстяной свитер является наиболее непрозрачной средой для ТГц-излучения: он пропускает более 40% ТГц-излучения по интенсивности в узкой спектральной области от 0,02 до 0,10 ТГц, а на частотах, меньших 3,5 ТГц, – порядка 5% излучения. Выделанная свиная кожа пропускает около 40% излучения при частоте менее 0,40 ТГц и обладает незначительным пропускание в спектре до 3,00 ТГц. Определено, что рабочая частота ТГц-изображающей системы должна лежать в диапазоне от 0,02 до 0,35 ТГц.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Старцев В. В., Попов В. К., Наумов А. В. Мультиспектральная система досмотра в ИК- и ТГЦ‑диапазонах. Фотоника. 2017; 6: 98–112. DOI: 10.22184 / 1993-7296.2017.66.6.98.112.
Starcev V. V., Popov V. K., Naumov A. V. Mul'tispektral'naya sistema dosmotra v IK- i TGC‑diapazonah. Fotonika. 2017; 6: 98–112. DOI: 10.22184 / 1993-7296.2017.66.6.98.112.
Lee Y.-S. Principles of Terahertz Science and Technology. Springer. 2009.
Gatesman A. J., Danylov A., Goyette T. M. et all. Terahertz Behavior of Optical Components and Common Materials. Proc. of the SPIE. 2006; 6212: 62120E.
Царев М. В. Генерация и регистрация терагерцевого излучения ультракороткими лазерными импульсами. Нижний Новгород: Типография ННГУ им. Н. И. Лобачевского. 2010.
Carev M. V. Generaciya i registraciya teragercevogo izlucheniya ul'trakorotkimi lazernymi impul'sami. Nizhnij Novgorod: Tipografiya NNGU im. N. I. Lobachevskogo. 2010.
Алехнович В. И., Зайцев К. И., Карасик В. Е., Фокина И. Н. Математическое моделирование процесса рассеяния электромагнитного излучения на проводящих диэлектрических телах сложной формы. Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Естественные науки. Спецвыпуск «Прикладная математика и механика». М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2012.
Alekhnovich V. I., Zajcev K. I., Karasik V. Е., Fokina I. N. Matematicheskoe modelirovanie processa rasseyaniya elektromagnitnogo izlucheniya na provodyashchih dielektricheskih telah slozhnoj formy. Vestnik MGTU im. N. E. Baumana. Ser. Еstestvennye nauki. Specvypusk “Prikladnaya matematika i mekhanika”. M.: izd-vo MGTU im. N. E. Baumana. 2012.
Dickinson J. C., Goyette T. M., Gatesman A. J. Terahertz Imaging of Subjects With Concealed Weapons. Proc. of the SPIE. 2006; 6212: 62120Q.
Reid C. Spectroscopic Methods for Medical Diagnosis at Terahertz Wavelength. A thesis submitted to University College London for the degree of Doctor of Philosophy. 2009.
Зайцев К. И., Федоров А. К., Фокина И. Н., Юрченко С. О. Анализ спектральных характеристик воды и льда в ТГц области спектра в процессе фазового перехода. Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Серия «Естественные науки». Спецвыпуск «Моделирование физических и технических процессов». М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2012.
Zajcev K. I., Fedorov A. K., Fokina I. N., YUrchenko S. O. Analiz spektral'nyh harakteristik vody i lda v TGc oblasti spektra v processe fazovogo perekhoda. Vestnik MGTU im. N. E. Baumana. Seriya “Еstestvennye nauki”. Specvypusk “Modelirovanie fizicheskih i tekhnicheskih processov”. M.: Izd-vo MGTU im. N. E. Baumana. 2012.
Зайцев К. И., Карасик В. Е., Юрченко С. О., Соколова И. В., Рыжий В. И. Диагностика деминерализации эмали зуба с помощью терагерцевой спектроскопии. Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Серия «Приборостроение». Спецвыпуск «Современные проблемы оптотехники. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2012.
Zajcev K. I., Karasik V. Е., YUrchenko S. O., Sokolova I. V., Ryzhij V. I. Diagnostika demineralizacii emali zuba s pomoshch'yu teragercevoj spektroskopii. Vestnik MGTU im. N. E. Baumana. Seriya “Priborostroenie”. Specvypusk “Sovremennye problemy optotekhniki”. M.: Izd-vo MGTU im. N. E. Baumana. 2012.
Статья поступила в редакцию 07.05.2019
Статья принята к публикации 28.05.2019
Известен ряд публикаций по результатам измерений спектральных коэффициентов пропускания терагерцевого (ТГц) излучения тканями и упаковочными веществами [1–3]. Однако данные, полученные в разных лабораториях, отличаются друг от друга, поэтому встала задача их экспериментальной проверки. Специалисты АО «ОКБ «Астрон» проводили такие испытания на этапе разработки комплекса обнаружения запрещенных веществ при их скрытом проносе в элементах одежды. Комплекс предназначен для работы в видимом, ИК- и ТГц-диапазонах. Эти результаты были представлены в обзоре развития систем ТГц-детектирования [1]. Настоящая статья посвящена вопросу выбора спектрального диапазона, оптимального для работы ТГц-изображающей системы.
К моменту начала исследований однозначный вид спектрального коэффициента пропускания ТГц-излучения атмосферой был не известен. Поэтому с целью выбора оптимального для построения ТГц-изображающей системы окна прозрачности была поставлена задача экспериментально определить коэффициент пропускания ТГц-излучения слоем атмосферы.
Выбор спектрального диапазона, оптимального для работы ТГц-изображающей системы в области частот от 0,02 до 10,00 ТГц был сделан на основе спектральных исследований коэффициентов пропускания ТГц-излучения тканью одежды, упаковочными материалами, слоем атмосферы.
При выборе спектрального диапазона был проведен комплекс экспериментально-теоретические исследований:
- проведены спектральные исследования коэффициентов пропускания ТГц-излучения различными упаковочными материалами, тканями одежды с целью определения частотной области, в которой перечисленные среды наиболее прозрачны;
- проведена оценка вклада процесса рассеяния ТГц-излучения в тканях одежды в общий коэффициент пропускания ТГц-излучения средой;
- применен метод [4, 5] математического описания процесса рассеяния ТГц-излучения в тканях одежды; установление связи между спектральным коэффициентом пропускания и структурой материала одежды;
- исследованы спектральные коэффициенты пропускания ТГц-излучения слоем атмосферы с целью выбора оптимального окна прозрачности атмосферы для построения ТГц-изображающей системы;
- осуществлен анализ результатов экспериментально-теоретических исследований и сделан выбор оптимального для построения пассивной ТГц-изображающей системы частотного диапазона.
Оборудование и методика измерений
Для достижения перечисленных целей были исследованы спектральные коэффициенты пропускания ТГц-излучения по интенсивности в широком спектральном диапазоне от 0,02 до 10,00 ТГц. В качестве оборудования были использованы ТГц-спектрометр во временной области (terahertz time-domain spectrometer) «zOmega» (рис. 1) и ИК-Фурье спектрометр «VERTEX 70V» (рис. 2). ТГц-спектрометр «zOmega» позволил регистрировать спектральные характеристики в области частот от 0,02 до 3,00 ТГц, а ИК-Фурье спектрометр «VERTEX 70V» позволил проводить исследования в частотном диапазоне от 1,50 до 10,00 ТГц. Важно отметить, что спектральные диапазоны работы обоих ТГц-спектрометров перекрываются, позволяя охватить всю необходимую область спектра электромагнитных волн.
Были проведены спектральные исследования коэффициентов пропускания ТГц-излучения по интенсивности следующими образцами упаковочных материалов и тканей: хлопчатобумажная ткань, джинсовая ткань, шерстяная ткань, шерстяной свитер, шерстяные брюки, шерстяное пальто, свиная кожа, полиэтилен (толщиной около 0,2 мм), бумага (толщиной около 0,2 мм). На основе результатов спектральных исследований была определена область частот, в которой все образцы упаковочных материалов и тканей одежды наиболее прозрачны.
Метод математического описания процесса рассеяния ТГц-излучения в тканях одежды позволил проанализировать влияние процесса рассеяния ТГц-излучения в среде на регистрируемые спектральные характеристики. Проведенные исследования спектрального коэффициента пропускания ТГц-излучения слоем атмосферы позволили определить область частот, в которой атмосфера наиболее прозрачна.
На основе полученных результатов спектральных исследований, результатов изучения процесса рассеяния ТГц-излучения веществом была установлена оптимальная для построения ТГц-изображающей системы область частот.
Терагерцовая спектроскопия во временной области работает за счет зондирования исследуемого объекта коротким импульсом ТГц-излучения длительностью всего в 1,00–2,00 пс [1, 2]. Прошедший через объект или отраженный от объекта сигнал (временная зависимость напряженности электрического поля) регистрируется детектором с высоким временным разрешением до 50–100 фс. Короткий импульс ТГц-излучения содержит спектральные составляющие в диапазоне частот от 0,01 до 3,5 ТГц, что позволяет, используя аппарат фурье-анализа, регистрировать комплексные амплитудные коэффициенты отражения или пропускания ТГц-излучения веществом [6].
Если проводить процедуру регистрации сигналов и обработки зарегистрированных данных в соответствии с определенной для этого методикой [7], то с помощью ТГц-спектроскопии можно восстанавливать спектральную зависимость комплексного показателя преломления образца [8], а также зависимость оптических характеристик образца от координаты по глубине – профиль оптических характеристик образца [9].
Эксперимент
Как генерация, так и детектирование ТГц-электрического поля с высоким временным разрешением используют ультракороткие лазерные импульсы оптического диапазона.
Генерация и детектирование ТГц-импульсов может осуществляться с помощью эффекта фотопереключения в полупроводнике. Источниками и детекторами ТГц-поля в данном случае являются фотопроводящие антенны. Генерация ТГц-импульсов может производиться с использованием нелинейного эффекта оптического выпрямления в электрооптических кристаллах, а также детектирования за счет использования эффекта Керра в электрооптических кристаллах. Данные эффекты близки друг к другу, так как они определяются одними и теми же коэффициентами тензора нелинейной диэлектрической восприимчивости вещества. Существуют методы генерации и детектирования ТГц-поля в воздушной плазме. Подробно перечисленные методы рассмотрены в работах [1, 2, 9].
Принципиальная схема терагерцевого спектрометра «zOmega» представлена на рис. 3. В данном спектрометре генерация ТГц-импульсов осуществляется в фотопроводящей антенне, накачиваемой фемтосекундными импульсами волоконного Yb-лазера, а детектирование ТГц-электромагнитного поля осуществляется в электрооптическом детекторе, построенном на основе кристалла ZnTe. Кратко опишем принцип действия ТГц-спектрометра.
Длительность ультракоротких оптических импульсов волоконного лазера составляет 80 фс, а частота их следования 50 МГц.
Пучок фемтосекундного волоконного лазера (ФСВЛ) падает на светоделитель (СД), расщепляется на две части: пучок накачки и пробный пучок, причем пучок накачки имеет большую интенсивность [4,5].
Ультракороткие импульсы пучка накачки попадают на диэлектрическую подложку фотопроводящей антенны (ФПА). Каждый оптический импульс накачки участвует в генерации соответствующего ему импульса ТГц-излучения. Типичный вид ТГц-импульса, полученного с помощью фотопроводящей антенны на основе GaAs и зарегистрированного электрооптическим детектором, приведен на рис. 4а, а его амплитудный Фурье-спектр – на рис. 4b.
Обсуждение результатов
Рассмотрим результаты спектральных исследований образцов на примере хлопчатобумажной ткани. Для визуализации зарегистрированных графиков спектральных коэффициентов пропускания использовался пакет прикладных программ для решения задач технических вычислений MATLAB.
На рис. 5–7 приведены спектральные коэффициенты пропускания по интенсивности ТГц-излучения образцами хлопчатобумажной ткани. Рисунки детализируют графики зависимости спектрального коэффициента пропускания в области от 0,02 ТГц до 0,50 ТГц.
Результаты спектральных исследований образцов хлопчатобумажных тканей показывают, что данный вид тканей пропускает более 50% ТГц-излучения по мощности в частотном диапазоне от 0,02 до 1,00 ТГц. Выше 1,00 ТГц-спектральный коэффициент пропускания сильно спадает, и с 3,00 до 10,00 ТГц его значение близко к нулю.
Аналогичным способом были изучены другие упаковочные материалы. Результаты спектральных исследований и математического моделирования показали, что ТГц-излучение сильно рассеивается в одежде. Для большинства рассмотренных упаковочных материалов, тканей одежды спектральный коэффициент пропускания ТГц-излучения по интенсивности приближается к нулю на частотах выше 1,50–2,50 ТГц. Наиболее сильно ослабление ТГц-излучения происходит при его прохождении через слой свиной кожи, а также через шерстяную одежду.
Определено, что шерстяной свитер пропускает более 40% ТГц-излучения по интенсивности в узкой спектральной области от 0,02 до 0,10 ТГц, а на частотах, меньших 3,5 ТГц, – порядка 5% ТГц-излучения, являясь наиболее непрозрачной из изученных сред. Выделанная свиная кожа пропускает около 40% излучения при частоте менее 0,40 ТГц и обладает незначительным пропусканием в спектре до 3,00 ТГц.
На основе проведенных экспериментально-теоретических исследований мы установили, что ослабление ТГц-излучения в упаковочных материалах и одежде служит препятствием и не позволяет обнаружить скрытый запрещенный предмет на частотах выше 0,35 ТГц.
Было определено, что рабочая частота ТГц-изображающей системы должна лежать в диапазоне от 0,02 до 0,35 ТГц.
Существуют и другие факторы, определяющие выбор рабочей частоты ТГц-изображающей системы. Среди них – достижимая разрешающая способность системы, а также ограниченность элементной базы источников и приемников ТГц-излучения.
Очевидно, что предельное разрешение (размер минимально разрешимых деталей объекта) ТГц-изображающей системы прямо пропорционально рабочей частоте ТГц-изображающей системы. Для обеспечения возможности обнаружения мелких деталей исследуемого объекта в первую очередь необходимо выбрать максимальную рабочую частоту системы из интервала 0,02–0,35 ТГц.
Заключение
Для выбора рабочих параметров комплекса ТГц-изображающей аппаратуры контроля скрытого проноса в деталях одежды запрещенных веществ установлены связи между спектральным коэффициентом пропускания ТГц-излучения и структурой материала одежды. Обнаружено, что из изученных материалов шерстяной свитер является наиболее непрозрачной средой для ТГц-излучения: он пропускает более 40% ТГц-излучения по интенсивности в узкой спектральной области от 0,02 до 0,10 ТГц, а на частотах, меньших 3,5 ТГц, – порядка 5% излучения. Выделанная свиная кожа пропускает около 40% излучения при частоте менее 0,40 ТГц и обладает незначительным пропускание в спектре до 3,00 ТГц. Определено, что рабочая частота ТГц-изображающей системы должна лежать в диапазоне от 0,02 до 0,35 ТГц.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Старцев В. В., Попов В. К., Наумов А. В. Мультиспектральная система досмотра в ИК- и ТГЦ‑диапазонах. Фотоника. 2017; 6: 98–112. DOI: 10.22184 / 1993-7296.2017.66.6.98.112.
Starcev V. V., Popov V. K., Naumov A. V. Mul'tispektral'naya sistema dosmotra v IK- i TGC‑diapazonah. Fotonika. 2017; 6: 98–112. DOI: 10.22184 / 1993-7296.2017.66.6.98.112.
Lee Y.-S. Principles of Terahertz Science and Technology. Springer. 2009.
Gatesman A. J., Danylov A., Goyette T. M. et all. Terahertz Behavior of Optical Components and Common Materials. Proc. of the SPIE. 2006; 6212: 62120E.
Царев М. В. Генерация и регистрация терагерцевого излучения ультракороткими лазерными импульсами. Нижний Новгород: Типография ННГУ им. Н. И. Лобачевского. 2010.
Carev M. V. Generaciya i registraciya teragercevogo izlucheniya ul'trakorotkimi lazernymi impul'sami. Nizhnij Novgorod: Tipografiya NNGU im. N. I. Lobachevskogo. 2010.
Алехнович В. И., Зайцев К. И., Карасик В. Е., Фокина И. Н. Математическое моделирование процесса рассеяния электромагнитного излучения на проводящих диэлектрических телах сложной формы. Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Естественные науки. Спецвыпуск «Прикладная математика и механика». М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2012.
Alekhnovich V. I., Zajcev K. I., Karasik V. Е., Fokina I. N. Matematicheskoe modelirovanie processa rasseyaniya elektromagnitnogo izlucheniya na provodyashchih dielektricheskih telah slozhnoj formy. Vestnik MGTU im. N. E. Baumana. Ser. Еstestvennye nauki. Specvypusk “Prikladnaya matematika i mekhanika”. M.: izd-vo MGTU im. N. E. Baumana. 2012.
Dickinson J. C., Goyette T. M., Gatesman A. J. Terahertz Imaging of Subjects With Concealed Weapons. Proc. of the SPIE. 2006; 6212: 62120Q.
Reid C. Spectroscopic Methods for Medical Diagnosis at Terahertz Wavelength. A thesis submitted to University College London for the degree of Doctor of Philosophy. 2009.
Зайцев К. И., Федоров А. К., Фокина И. Н., Юрченко С. О. Анализ спектральных характеристик воды и льда в ТГц области спектра в процессе фазового перехода. Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Серия «Естественные науки». Спецвыпуск «Моделирование физических и технических процессов». М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2012.
Zajcev K. I., Fedorov A. K., Fokina I. N., YUrchenko S. O. Analiz spektral'nyh harakteristik vody i lda v TGc oblasti spektra v processe fazovogo perekhoda. Vestnik MGTU im. N. E. Baumana. Seriya “Еstestvennye nauki”. Specvypusk “Modelirovanie fizicheskih i tekhnicheskih processov”. M.: Izd-vo MGTU im. N. E. Baumana. 2012.
Зайцев К. И., Карасик В. Е., Юрченко С. О., Соколова И. В., Рыжий В. И. Диагностика деминерализации эмали зуба с помощью терагерцевой спектроскопии. Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Серия «Приборостроение». Спецвыпуск «Современные проблемы оптотехники. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2012.
Zajcev K. I., Karasik V. Е., YUrchenko S. O., Sokolova I. V., Ryzhij V. I. Diagnostika demineralizacii emali zuba s pomoshch'yu teragercevoj spektroskopii. Vestnik MGTU im. N. E. Baumana. Seriya “Priborostroenie”. Specvypusk “Sovremennye problemy optotekhniki”. M.: Izd-vo MGTU im. N. E. Baumana. 2012.
Отзывы читателей
