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光是可以听见的?科学家将光转换成声音

作者:佚名 来源:网络 时间:2014-10-05 

 近日,科学家们研发的一种能够检测光波的最新设备或能帮助打开电磁光谱的最后边界——太赫兹(Terahertz)光谱。这个名为T射线的光波太长以至于人眼无法看到,它可以帮助机场保安检测化学和其它武器,还可以让医生对身体组织进行成像,同时保证对健康区域的伤害尽量最少。

 光是可以听见的 科学家将光转换成声音

 此外,这或能给天文学家提供新的工具研究其它太阳系的行星。而这些只是少数可能的应用领域。

 由于目前只有检测光的专门工具具备检测太赫兹频率的能力,工程师尚未有效的利用它们。美国密西根大学研究人员演示了一种独特的太赫兹探测器和成像系统,可以有效的填补太赫兹空隙(TerahertzGap)。

 “我们将T射线光转化为声音,”美国密西根大学电子工程和计算机科学、机械工程以及(化学)大分子科学与工程的郭杰(JayGuo)教授这样说道。“我们的探测器非常敏感紧凑,能够在室温下工作,我们利用了一种非传统的方法制造它。”这一探测器产生的声音非常高,人耳无法听到。

 太赫兹空隙介于电磁光谱中微波和红外波段之间。这个光谱从最长最低能量的电磁波到最短高能量的伽马射线,后者在核弹爆炸时以及放射性原子衰变时会释放。

 在这两个极端之间存在微波频率,后者可以用于煮熟食物或者传输手机信号;使热视觉技术变为可能的红外频率;我们的世界所看到的光和颜色的可见波长;以及让医生可以窥看我们身体内部的X射线。

 太赫兹频段是“科研沃土”,郭和同事这样表示。然而,现在的探测器要么非常笨重且必须在低温下工作,要么无法实时操作。这限制了它们应用的有效性,例如武器和化学检测,或者医疗成像和诊断,郭这样解释道。

 郭和同事发明了一种特殊的换能器,能够实现光-声音的转换。换能器主要是将一种能量形式转换为另一种。在这个例子里便是将太赫兹光转换为超声波然后传输它们。

 这种换能器是由一种名为聚二甲硅氧烷(PDMS)的海绵状塑料制品,以及碳纳米管混合物制成的,以下是它的工作原理:当太赫兹光遇到换能器,纳米管会将它吸收,转化为热量,然后将这种热量传递给PDMS。加热的PDMS会膨胀,创造一种输出的压力波,这便是超声波。它大概是人耳能够听到的上限的1000倍。

 “检测超声波的方式有很多,”郭说道。“我们将一个非常困难的问题转化为一个已经被解决的问题。”尽管超声波探测器已经存在——包括那些用于医疗成像的——研究人员自己制造了一种非常敏感的显微镜可见塑料环,名为微环谐振器。这种结构测量的大小只有几毫米。

 研究人员将他们研发的系统与电脑相连,并演示了这一系统可以用于扫描和产生铝交图像。这种最新探测器的反应速度只有几百万分之一秒,郭表示它能够支持很多领域的实时太赫兹成像。

 

 这个系统与其它基于热的太赫兹检测系统有所不同,因为它是针对单个太赫兹光脉冲的能量,而非持续的T射线流做出反应。因此,它对温度范围以外的变化并不敏感。这项研究是由国家科学基金会(NSF)和美国空军科研办公室(USAirForceOfficeofScientificResearch)资助进行的。

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       信息光子学研究室于2001年在原先几个小型研究室的基础上整合而成,并于2004年正式更名为信息光子学研究室,也是在国内最早提出"光子学"研究的单位之一。研究室主要开展信息光学、光纤与集成光学、光电功能材料学、微光学、聚合物微结构光学、微纳光子学、偏振光学、多光子与生物医学成像、太赫兹波谱检测与传输和应用、光电混合信息处理(传感)等诸方面的研究与开发。

       研究室现有固定人员20人。其中研究员2名,副研究员及高级工程师3名,助理研究员和工程师2人,高级工2人,研究实习员和助理工程师7人,中级工1人。其中博士生/硕士生导师5人。此外,研究室还聘请有退休老专家2人。

       研究室设立有光学、光学工程及材料物理与化学三个专业招收博士研究生和硕士研究生。目前有在读博士生8人,在读硕士生8人。

       研究室先后承担国家自然科学重大基金项目1项,重点基金3项,面上项目10余项,国家863项目5项,中科院知识创新项目3项等。获得国家科技进步二等奖1项,中科院科技进步二等奖2项,陕西省科技一等奖1项,国家级重点新产品1项,国家"863"重大科研任务先进个人、先进集体奖1项,获发明专利10余项。

       研究室也着力于民用产品市场的开发,在特种光纤、特种玻璃、光纤传感等方面的数十个项目中取得了很好的科研成果。其中自聚焦透镜(自主专利)、GF-86银玻璃粉、塑料光纤等已投入批量生产,获得了重大的经济效益和良好的社会效益。

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