美国最新T射线技术将光转化为声音

据科学日报报道，近日科学家们研发的一种能够检测光波的最新设备或能帮助打开电磁光谱的最后边界——太赫兹(Terahertz)光谱。这个名为T射线的光波太长以至于人眼无法看到，它可以帮助机场保安检测化学和其它武器，还可以让医生对身体组织进行成像，同时保证对健康区域的伤害尽量最少。此外，这或能给天文学家提供新的工具研究其它太阳系的行星。而这些只是少数可能的应用领域。    

光的演示图。用于倾听光波的设备将帮助打开电磁光谱的最后边界。  

由于目前只有检测光的专门工具具备检测太赫兹频率的能力，工程师尚未有效的利用它们。美国密西根大学研究人员演示了一种独特的太赫兹探测器和成像系统，可以有效的填补太赫兹空隙(Terahertz Gap)。  

“我们将T射线光转化为声音，” 美国密西根大学电子工程和计算机科学、机械工程以及（化学）大分子科学与工程的郭杰（Jay Guo）教授这样说道。“我们的探测器非常敏感紧凑，能够在室温下工作，我们利用了一种非传统的方法制造它。”这一探测器产生的声音非常高，人耳无法听到。

太赫兹空隙介于电磁光谱中微波和红外波段之间。这个光谱从最长最低能量的电磁波到最短高能量的伽马射线，后者在核弹爆炸时以及放射性原子衰变时会释放。在这两个极端之间存在微波频率，后者可以用于煮熟食物或者传输手机信号；使热视觉技术变为可能的红外频率；我们的世界所看到的光和颜色的可见波长；以及让医生可以窥看我们身体内部的X射线。  

太赫兹频段是“科研沃土”，郭和同事这样表示。然而，现在的探测器要么非常笨重且必须在低温下工作，要么无法实时操作。这限制了它们应用的有效性，例如武器和化学检测，或者医疗成像和诊断，郭这样解释道。  

郭和同事发明了一种特殊的换能器，能够实现光-声音的转换。换能器主要是将一种能量形式转换为另一种。在这个例子里便是将太赫兹光转换为超声波然后传输它们。  

这种换能器是由一种名为聚二甲硅氧烷（PDMS）的海绵状塑料制品，以及碳纳米管混合物制成的，以下是它的工作原理：当太赫兹光遇到换能器，纳米管会将它吸收，转化为热量，然后将这种热量传递给PDMS。加热的PDMS会膨胀，创造一种输出的压力波，这便是超声波。它大概是人耳能够听到的上限的1000倍。  

“检测超声波的方式有很多，”郭说道。“我们将一个非常困难的问题转化为一个已经被解决的问题。”尽管超声波探测器已经存在——包括那些用于医疗成像的——研究人员自己制造了一种非常敏感的显微镜可见塑料环，名为微环谐振器。这种结构测量的大小只有几毫米。  

研究人员将他们研发的系统与电脑相连，并演示了这一系统可以用于扫描和产生铝交图像。这种最新探测器的反应速度只有几百万分之一秒，郭表示它能够支持很多领域的实时太赫兹成像。  

这个系统与其它基于热的太赫兹检测系统有所不同，因为它是针对单个太赫兹光脉冲的能量，而非持续的T射线流做出反应。因此，它对温度范围以外的变化并不敏感。这项研究是由国家科学基金会（NSF）和美国空军科研办公室(US Air Force Office of Scientific Research)资助进行的。