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太赫兹成像能在动植物组织中发现微观扭曲
发布时间:2019-08-13 08:29:54 阅读:180

来源:optics.org;太赫兹研发网 余郑璟博士 编译

旋转太赫兹光:可见众多扭曲

    密歇根大学的研究人员在没有使用可能具有潜在危害的x射线的情况下,发现了植物和动物组织内部结构的微观扭曲。

    该方法包括实时旋转太赫兹辐射,据说这是本方法首次成功的实施,有望在医学成像、加密通信和宇宙学方面开辟新的应用前景。这项研究成果已发表在《自然材料》(Nature Materials)杂志上。

    “我们的身体内部有很多扭曲的结构,这些结构与表面非常接近,太赫兹光子可以穿透它们:血管、韧带、肌纤维、分子,甚至一些螺旋菌。” 密歇根大学的Nicholas Kotov解释说。

    太赫兹辐射能穿透人体约6毫米,但与x射线不同的是,它是非电离辐射,因此就消除了它在人体内可能产生破坏性电荷的风险。

    该项目的突破包括了太赫兹圆二色性(TCD)光谱学,即左右圆偏振光的微分吸收,根据该项目介绍,在此之前,在太赫兹范围内实现左右圆偏振光的微分吸收还是不切实际。实验中采用了塑料丝带,上面印有金色人字形图案,并设计有交错排列的小切口,其灵感来自日本的剪纸艺术,它可以利用纸张的不同切口排列方式创,来创造出一种三维结构的效果。

    每个切口长为500微米,高为5微米,切口水平间隔600微米,垂直间隔105微米。当塑料丝带被拉伸时,切口打开,丝带就会扭曲,而塑料丝带上的金线会引导辐射,进而循序产生扭曲。

    “由于缺乏能与电磁光谱其他部分的偏振光学相媲美的动态偏振调制器,所以这就阻碍了TCD光谱学的发展。”该团队在其发表的论文中评论道。“我们展示了用刻有周期性剪纸切口等离子薄片制成的可调谐光学元件,使机械应变作用下的太赫兹辐射偏振调制成为可能。”

    加密通信

    根据这篇论文,这种微尺度金属条纹人字形图案能够使偏振旋转调制的动态范围在几千次周期内超过80度。在平面外屈曲之后,等离子体条纹的作用是沿太赫兹传播方向进行可重构变螺距半螺旋的排列。

    在实验材料中,例如圣甲虫的前翅,可以检测到与生物复合材料螺旋亚结构相关的独特的TCD指纹。在太赫兹光学检测中类似这样的剪纸调制器也可以应用于其他领域,如基于偏振的太赫兹成像、视距通信、信息加密和空间探索,项目小组继续补充到。

    研究小组提出,同样的设计也可以应用于其他类型的辐射,比如更大的图案与微波或无线电波相互作用,或者缩小图案以控制红外线等。

    除了成像活体组织,太赫兹圆二色谱还可以帮助开发基于蛋白质和抗体等大型生物分子的新药。该项目团队预计,早期的应用程序可以加密和解密太赫兹频谱上的通信,同时在卫星上也可以使用这种类似剪纸设备来测量宇宙背景辐射中太赫兹频谱中的扭曲,从而为探寻最早恒星的相关秘密提供有价值的信息。

 
 

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