УДК 535.343.4,
543.421/.422
Методы и
приборы ТГц спектроскопии высокого разрешения для аналитических приложений
В. Л. Вакс, Е. Г. Домрачева,
М. Б. Черняева
Институт физики
микроструктур РАН, 603950, г. Нижний
Новгород, ГСП-105
Статья поступила в
редакцию 14 ноября 2017 г.
Аннотация. Работа посвящена применению
микроволновой и терагерцевой (ТГц) спектроскопии высокого разрешения для
решения различных проблем аналитической химии, биологии, медицины, астрофизики,
систем обеспечения безопасности и др. Описаны основные типы приборов для
газовой ТГц спектроскопии высокого разрешения. Приведены некоторые
экспериментальные результаты применения ТГц спектроскопии высокого разрешения
для решения задач систем обеспечения безопасности и медицины. Особое внимание
уделено повышению чувствительности ТГц спектрального анализа за счет
комбинирования с квантовыми каскадными лазерами среднего ИК диапазона. Развитие
полупроводниковых технологий позволит достичь высокого уровня производства
источников излучения и детекторов для ТГц спектроскопии. Новым направлением
может стать разработка миниатюрных и простых в использовании устройств на
основе полупроводниковой электроники, представляющих собой комбинированные
источники излучения разных диапазонов частот. В результате появится новый
аналитический метод спектрального анализа для фундаментальных и прикладных
исследований.
Ключевые
слова: терагерцевая
спектроскопия высокого разрешения, квантовый каскадный лазер, многокомпонентная
газовая смесь, спектр поглощения.
Abstract. This paper is devoted to using high resolution microwave and terahertz
spectroscopy for solving various problems of analytical chemistry, biology,
medicine, astrophysics, safety etc. The main types of devices for high
resolution terahertz spectroscopy are described. Spectrometers with phase
switching and fast frequency sweeping as well as radiation sources based on
microwave generators with frequency multiplying, backward wave oscillator,
quantum cascade lasers are presented. The two-channel THz spectrometer and
combined subTHz-THz-IR spectrometer as a new analytical tool are proposed.
Some experimental results of using the high resolution terahertz spectroscopy
for various analytical applications are cited. The results of
exhaled breath spectroscopic investigations for non-invasive medical
diagnostics of diabetes and other diseases, as well as for monitoring the
efficiency of radiotherapy on dynamics of NO concentration are presented. The results of studying
the THz absorption spectra for gaseous phase of high energy substances and
products of their natural and thermal decomposition have been presented. The
decomposition products, being potential markers for detecting the high energy
substances in atmosphere in real-time mode, have been revealed. The special
consideration is given to improving the sensitivity of terahertz spectral
analysis. The development of semiconductor technology will allow to achieve a
high level for production of the radiation sources and detectors for terahertz
spectroscopy. Developing the tiny and easy-to-use devices based on
semiconductor electronics being combined radiation sources for different
frequency ranges may be a new direction of devices design. This may result in a
new analytical method of spectral analysis for fundamental and applied
research.
Key words: high resolution terahertz spectroscopy, quantum cascade laser, multicomponent
gas mixture, absorption spectrum.
Ссылка на статью:
В. Л. Вакс, Е. Г. Домрачева, М. Б.
Черняева. Методы и приборы ТГц спектроскопии высокого разрешения для
аналитических приложений. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2017. №11. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/nov17/14/text.pdf