新的太赫茲相機設備提供比以前版本更高的靈敏度和速度，可用於工業檢查、機場安全和通信。
太赫茲輻射，也稱為亞毫米輻射，其波長介於微波和可見光之間。它可以穿透許多非金屬材料並檢測某些分子的特徵。這些方便的品質可用於廣泛的應用，包括工業質量控制、機場安全掃描、材料的無損表徵、天體物理觀測以及帶寬高於當前手機頻段的無線通信。
然而，設計用於檢測太赫茲波並製作圖像的設備一直具有挑戰性。因此，大多數現有的太赫茲設備價格昂貴、緩慢、笨重，並且需要真空系統和極低的溫度。
現在，麻省理工學院、明尼蘇達大學和三星的研究人員已經開發出一種新型相機，可以在室溫和壓力下快速、高靈敏度地檢測太赫茲脈衝。更重要的是，它可以同時實時捕獲有關波的方向或“極化”的信息，這是現有設備無法做到的。該信息可用於表徵具有不對稱分子的材料或確定材料的表面形貌。
新系統使用稱為量子點的粒子。最近發現，當受到太赫茲波的刺激時，它們具有發出可見光的能力。然後，可見光可以通過類似於標準電子相機探測器的設備記錄下來，甚至可以用肉眼看到。該裝置在11月3日發表在《自然納米技術》雜誌上的一篇論文中進行了描述，該論文由麻省理工學院博士生石焦建，化學教授Keith Nelson和其他12人描述。
該團隊生產了兩種可以在室溫下運行的不同設備：一種利用量子點將太赫茲脈衝轉換為可見光的能力，使該設備能夠產生材料圖像;另一個產生顯示太赫茲波偏振狀態的圖像。
新的“相機”由幾層組成，採用標準製造技術製成，如用於微芯片的技術。一系列納米級平行的金線，由狹窄的狹縫隔開，位於基板上;上面是一層發光量子點材料;上面是用於形成圖像的CMOS芯片。偏振檢測器，稱為旋光儀，使用類似的結構，但具有納米級環形狹縫，使其能夠檢測入射光束的偏振。
Nelson解釋說，太赫茲輻射的光子能量極低，這使得它們難以探測。“所以，這個設備正在做的是將微小的光子能量轉化為可見的東西，很容易用普通相機檢測到，”他說。在該團隊的實驗中，該設備能夠以低強度水平檢測太赫茲脈衝，這超過了當今大型和昂貴系統的能力。
研究人員通過拍攝其設備中使用的一些結構的太赫茲照明照片來展示探測器的功能，例如用於偏振探測器的納米間隔金線和環形狹縫，證明了系統的靈敏度和分辨率。
CMOS相機用於捕獲太赫茲光束的旋轉
開發實用的太赫茲相機需要一個產生太赫茲波來照亮物體的組件，以及另一個檢測它們的組件。在後一點上，目前的太赫茲探測器要麼非常慢，因為它們依賴於檢測波撞擊材料產生的熱量，並且熱量傳播緩慢，要麼它們使用相對較快但靈敏度非常低的光電探測器。此外，到目前為止，大多數方法都需要一整套太赫茲探測器，每個探測器產生一個像素的圖像。“每一個都非常昂貴，”Shi說，所以“一旦他們開始製造相機，探測器的成本就會開始非常非常迅速地擴大。
雖然研究人員表示，他們已經通過他們的新工作破解了太赫茲脈衝檢測問題，但缺乏良好的來源仍然存在 - 並且世界各地的許多研究小組正在研究。Nelson說，新研究中使用的太赫茲光源是一個龐大而笨重的激光器和光學設備陣列，不容易擴展到實際應用，但基於微電子技術的新光源正在開發中。
該論文的合著者，明尼蘇達大學電氣和計算機工程麥克奈特教授Sang-Hyun Oh補充說，雖然目前版本的太赫茲相機售價數萬美元，但用於該系統的CMOS相機的廉價性質使其成為“朝着構建實用的太赫茲相機邁出的一大步”。商業化的潛力促使生產CMOS相機芯片和量子點器件的三星合作開展這項研究。
Nelson說，這種波長的傳統探測器在液氦溫度（-452華氏度）下工作，這對於從背景噪聲中挑選出太赫茲光子的極低能量是必要的。這種新設備可以在室溫下用傳統的可見光相機檢測並生成這些波長的圖像，這一事實對於在太赫茲場工作的人來說是出乎意料的而且是聞所未聞的。
研究人員說，有許多途徑可以進一步提高新相機的靈敏度，包括組件的進一步小型化和保護量子點的方法。他們說，即使在目前的檢測水平上，該設備也可能有一些潛在的應用。
就新設備的商業化潛力而言，尼爾森說，量子點現在價格低廉且容易獲得，目前用於電視屏幕等消費產品。他說，相機設備的實際製造更加複雜，但也基於現有的微電子技術。事實上，與現有的太赫茲探測器不同，整個太赫茲相機芯片可以使用當今的標準微芯片生產系統製造，這意味着最終大規模生產設備應該是可能的，而且相對便宜。
儘管攝像系統離商業化還很遠，但麻省理工學院的研究人員在需要一種快速檢測太赫茲輻射的方法時，一直在使用新的實驗室設備。“我們沒有昂貴的相機，”尼爾森說，“但我們有很多這樣的小設備。人們只需將其中一個放在光束中，然後用眼睛觀察可見光發射，這樣他們就知道太赫茲光束何時打開。...人們發現它非常方便。
雖然太赫茲波原則上可以用來檢測一些天體物理現象，但這些來源將非常弱，新設備無法捕獲如此微弱的信號，該團隊正在努力提高其靈敏度。所以它會更加敏感。
