3D打印太赫兹镜头能发现隐藏的塑料和化学物品

从无线电波到的可见光,电磁波谱的很多部分都已经被人们所熟知。但是有一段波长却常常被人忘记,了解甚少,甚至直到最近也很少被人研究,这就是太赫兹,实际上,它在成像和通信领域都有很重要的应用。

“太赫兹属于微波和红外线之间的空白区域。”来自美国西北大学的机械工程助理教授孙成说:“人们正在试图填补这一空白,因为该频谱携带着大量信息。”

就在最近,孙成教授和他的团队使用超材料和3D打印技术开发出了一种可以使用太赫兹频率工作的新型镜头。与常见的镜头相比,它不仅具有较好的成像能力,而且为人们进一步探索太赫兹这一神秘王国打开了大门。

目前,这一受到美国国家自然科学基金(NSF)资助的研究成果已经在4月22日被发表在了《Advanced Optical Materials》杂志上。

“一般的镜头——甚至那些先进的镜头——都设计了很多部件以解决其内部的缺陷问题。”孙成教授称:“有的时候,为了提供最佳的成像功能现代成像系统甚至需要叠加好几个镜头,但这种做法往往非常昂贵和复杂"。

透镜的焦距是由其曲率和折射率决定的,它们在光线进入时帮助其聚集在一起,如果没有相应的部件来解决其中的缺陷,最终产生的图像就可能会比较模糊。而孙教授的镜头,则采用了一种梯度折射率,这种折射率可以随空间而变化,无需额外的纠正部件即可形成完美的图像。

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这种全新的镜头有两大主要特征。首先,它是由一种新型超导材料制成的,这种材料具有自然界中很少存在的属性。“这种属性源自其微小的结构,该结构比太赫兹的波长还小很多。”孙成实验室里的成员、该论文的第一作者Fan Zhou说:“通过组装这些微小的结构,我们可以实现折射率的特定分布。”

其次,该镜头是研究团队使用一种被称为投影微立体光刻(projection micro-stereo-lithography)的3D打印技术制造出来的。这种技术能够以一种可扩展、快速和廉价的方式来制造镜头用于操作该太赫兹频率波段所需要的细部特征。3D打印技术还使得研究人员可以制造出精确匹配他们的设计的超材料。

“我们在3D打印中主要使用一种液态的光聚合物。”孙成说:“当我们把一束光投射在该材料上时,它就能将其转化成固体。这种材料可以根据光的形状成型,这使我们能够创建一种独特的3D结构。使用传统制造工艺,你根本不可能实现梯度折射率。”

据悉,这种特殊的镜头可以将太赫兹用于成像,它在安全方面特别有用,而且更便宜、分辨率更高,而且适用范围更广。比如,尽管X射线可以检测金属,但它无法检测塑料或化学品。而太赫兹扫描仪就可以检测到后两项,发现隐藏的武器,以及像炭疽病、塑料炸药这样的生化武器。另外,不同于X射线,太赫兹辐射对人体完全无害。

“这方面的进步意味着我们可以以高分辨率揭示出一些不透明的材料以前根本无法获取的信息。”该项研究的合作者,来自俄克拉何马州立大学的Wei Cao说:“这是一项在从生物医学到安全等诸多领域都有大量潜在应用的全新技术。”

去年的时候,我国华中科技大学的科学家团队也曾经做过此类研究。

文章来源:互联网采集

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