"ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ" ISSN 1684-1719, N 11, 2017

оглавление              текст:   pdf  

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