岛津光谱分析仪为研究未开发的电磁波 “太赫兹波”做出贡献

  有效利用电磁波,是人类智慧的结晶。光和电波如同空气一样取之不尽用之不竭,环绕我们左右。人类被它的魅力所吸引,经过反复实验和研究将其原理体系化,并创造出各种工具丰富自己的生活。比如X射线的摄影技术、使用微波的电子微波炉、利用光束的光纤通信。 

太赫兹波是什么 ?

 

太赫兹波的利用,未来可期

  电磁波广为社会发展中实际应用,唯一还没有社会实用化的领域就是--太赫兹波。
  太赫兹波是介于光束和电磁波之间的频率带,具有激光一样的"直线型"和电波一样的"穿透性"的两大特性。但是,太赫兹波作为光束能量过低,作为电波频率过高,很难产生和检测到,是对于光学和电波研究者来说非常难涉足的领域。
  但是近年来,太赫兹波的重要性逐渐提升。现在普及的5G是利用毫米波的频率带,随着今后通信流量的增加将来可能会面临通信紧张的风险。新一代通信"6G"将更加关注高频太赫兹波的频率带,世界面向实际应用的研究正在加速。特别是太赫兹波,能够穿过纸张、塑料、纤维等物质,与紫外线和X射线相比具有能量更低,对人的副作用影响更小的特点。如果使用太赫兹波,对邮寄品和人的安检变得更加容易,在反恐应对上有很大的发展潜力。 

太赫兹波引领的未来

安全检查(公共安全)  

无损检测(保障基建)

6G通信(第6代移动通信系统)

传感(自动驾驶等)

在世界领先的太赫兹光研究地--日本理化学研究所岛津的光谱分析仪发挥作用

 

日本理化学研究所 光量子工学研究中心 太赫兹波光源研究团队南出泰亚总监


  日本理化学研究所的南出泰亚总监一直致力于太赫兹波的实用化,早在25年前就开始着手太赫兹波的研究,发现了迄今为止被认为非常困难的太赫兹波的有效产生方法。2024年9月,成功开发出高亮度手掌大小的太赫兹光源。现在朝着实用化目标继续前行。

2024年9月日本理化学研究所发表的手掌大小尺寸的太赫兹光源(提供方:日本理化学研究送)

  在这项研究中,岛津制作所的激光光谱分析装置SPG-V500做出了贡献。光谱分析装置是分析光源波长和强度的仪器,一般在光通信领域中使用激光光源进行分析。

激光光谱分析装置 SPG-V500
置于日本理化学研究所(仙台)的太赫兹光源研究团队的研究室里

  "我听说岛津SPG-V500能够实现实时检测光源波长,如果真是如此那对我们的研究带来突破。"南出先生如是说。
  南出先生带领的太赫兹光源研究团队在光源开发同时,也在进行检测器开发的工作。为了证明太赫兹波的存在,必须检测到"某种特定的信号",而这个信号怎么也检测不到。
  "信号检测不到,研究就无法推进。为此2名研究员花了几个月的时间进行了很多调整、反复检测,但是仍然没有进展。就在山穷水尽之时,SPG-V500的介绍'实时检测功能'印入我的眼帘。我仿佛抓到救命稻草一般咨询了起来。借了实验样机,像平常一样进行调试后一检测,非常让我吃惊。一直求而不得的信号出现了。研究室大家欢呼起来,看见了!"

日本理化学研究所的南出泰亚先生(中)、研究员(当时)Deepika Yadav女士(现在在印度,画面)、研究员瀧田佑馬先生(左)在回忆当时

开发人员坚持的高分辨率·实时检测技术

SPG-V500开发成员。
自左往右西亮祐、小林智光、西原弘晃、平岡 亮二(日本岛津制作所元器件部 应用G)

  检测"光"的设备,在"电磁波"领域的太赫兹波研究中也做出贡献--得知这个消息而震惊的不是别人,正是SPG-V500的开发者们。开发担当平冈亮二先生回顾到:"真是没有想到SPG-V500在太赫兹波的研究中也能发挥作用。"

开发担当日本岛津制作所元器件部 应用G 平冈亮二

  南出先生开发的太赫兹波光源是10亿分的1秒内瞬间发生的"脉冲激光"。因此一般的光谱分析装置进行检测是非常困难的。
  开发担当平冈先生说:"SPG-V500开发设计的当初,我希望这是一款能为激光研究助力、操作轻松的光谱分析装置。我们向岛津内部激光研究的部门了解了情况,他们有着许多困惑。为了解决这些困惑,我认为必须要有高分辨率并且能同时在一定范围内获取波长信息的分析装置。于是开发理念就此诞生。"
  "一般的光谱分析装置是无法检测到瞬间发生的光束。因为那是间隔时间扫描光束的检测方法。因此,SPG-V500的检测方法采用的不是扫描式而是多色仪式。搭载阵列传感器(微小传感器的集合体),可以同时获得在一定范围的波长信息。"

开发·营业担当 日本岛津制作所元器件部 应用G 西亮佑
SPG-V500改良担当

  "这种方法是岛津独有的技术,对于捕捉导致激光噪声的模式跳跃(光波长突然变化现象)发生也很有效。如果可以抑制模跳,就能提升激光光源的品质,不仅在太赫兹波研究方面,在其它激光研究领域都可以使用。实现汽车自动驾驶的传感技术、分析计测、光通信等非常广的领域中为技术革新贡献力量。

自左向右:日本理化学研究所南出泰亚先生、瀧田佑馬先生、
岛津制作所的平冈亮二先生、坂本怜美女士、西亮佑先生
中间是激光光谱分析仪 SPG-V500