Radiación de terahercios

Al igual que la radiación infrarroja o de microondas, estas ondas usualmente viajan en la línea de visión. La radiación por terahercios es la radiación submilimétrica de microondas no ionizantes que comparten con las microondas la capacidad de penetrar una gran variedad de materiales no conductores. La radiación por terahercios puede pasar a través de la ropa, el papel, el cartón, la madera, la mampostería, el plástico y la cerámica. También puede penetrar la niebla y las nubes, pero no puede penetrar el metal o el agua.[3]

Parcela de la transmisión de cenit atmosférico en la cima del Mauna Kea en todo el rango de 1 a 3 THz del espectro electromagnético a un nivel de vapor de agua precipitable de 0.001 mm (simulación)

La atmósfera de la Tierra es un gran absorbente de la radiación con terahercios, por lo que el rango de radiación es bastante corto, limitando su utilidad para las comunicaciones. Así mismo, la producción y la detección coherente de la radiación de terahercios eran técnicamente complicadas hasta la década de 1990.

La radiación de terahercios es emitida como parte de una radiación de un cuerpo negro de cualquier temperatura mayor a 10 kelvin. Esta emisión térmica es bastante débil, entonces las observaciones a estas frecuencias son importantes para la caracterización del polvo frío 10-20 K en el medio interestelar de la galaxia la Vía Láctea y en algunas galaxias distantes.

Los telescopios que operan en esta banda incluyen el Telescopio James Clerk Maxwell, el Observatorio Caltech Submilimiter; la Matriz Submilimiter, el observatorio Mauna Kea en Hawái, el telescopio BLAST, el Observatorio Herschel Space y el Telescopio Heinrich Hertz en el Observatorio Mount Graham International en Arizona. La Matriz Atacama Large Milimiter, que está en construcción, operará en el rango de submilimétricas. La opacidad de la atmósfera de la Tierra de la radiación submilimétrica restringe a estos observatorios de sitios de gran altitud, o al espacio. A partir del 2003 las únicas fuentes de radiación terahercios eran:

• el girotrón
• el oscilador de onda hacia atrás
• el láser infrarrojo lejano
• cascada cuántica láser
• el láser de electrones libre
• las fuentes de luz de sincrotrón
• las fuentes de photomixing, y
• un solo ciclo de fuentes utilizadas en el dominio del tiempo del terahercio espectroscopia como foto conducta, terreno de la superficie, la foto Dember y emisores ópticos.
• En 2012, fue anunciada una fuente que utiliza un diodo túnel resonante (RTD) en el cual el voltaje disminuye cuando la corriente aumenta, provocando que el diodo "resuene" y produzca ondas en la banda de terahercios a 542 GHz.

Las primeras imágenes generadas utilizando radiación de terahercios fueron en la década de los 60´s; sin embargo, en 1995, las imágenes generadas usando dominio del tiempo y espectroscopia, generaron un gran interés, lo que provocó un crecimiento rápido en el campo de la ciencia y tecnología con respecto a los terahercios. Este entusiasmo, junto con los términos asociados "Rayos-T", hasta aparecieron en una novela contemporánea de Tom Clancy.

También han sido fuentes sólidas de ondas milimétricas y submilimétricas por muchos años. AB Milimétrico en París, por ejemplo, produce un sistema que cubre el rango entero desde 8 GHz hasta 1000Ghz con fuentes de estado sólido y de detectores. Hoy en día gran parte del dominio del tiempo en el trabajo se hace vía láseres ultrarrápidos.

A mediados del 2007, científicos de Estados Unidos del Departamento de Energía del Laboratorio Argonne National, junto con colaboradores en Turquía y Japón, anunciaron la creación de un dispositivo compacto que puede conducir a las fuentes móviles que funcionan con baterías de los rayos T o radiación con terahercios. El grupo fue guiado por Ulrich Welp de la División de Ciencia de Materiales Argonne.[4] Esta nueva fuente de rayos T usa cristales superconductores de alta temperatura que se encuentran en la Universidad Tsukuba, Japón. Estos cristales incluyen varias uniones Josephson que presentan una única propiedad eléctrica: cuando se aplica un voltaje externo una corriente fluirá hacia atrás y hacia adelante a través de las uniones con una frecuencia proporcional a la tensión. Este fenómeno se conoce como efecto Josephson. Estas corrientes alternas después producen campos electromagnéticos cuyas frecuencias se sintonizan por el voltaje aplicado. Incluso un voltaje pequeño, alrededor de 2 milivoltios por unión, puede inducir frecuencias en el rango de terahercios, según Welp.

En 2008 ingenieros de la Universidad de Harvard consiguieron, a temperatura ambiente, una emisión de varios cientos de nanowatios de radiación terahercios coherente usando una fuente de semiconductor. Hasta entonces aquella fuente había requerido refrigeración criogénica, lo que limitaba mucho su uso en aplicaciones de uso diario.

En 2009 fue cuando se demostró que las ondas T se producen cuando se arranca cinta adhesiva. El espectro observado de esta radiación muestra un pico a los 2 Thz y otro a 18 Thz. La radiación es no polarizada. El mecanismo de la radiación terahercios es la carga de la cinta adhesiva y posterior descarga.

La banda terahercios, cubriendo un rango de largo de onda entre 0.1 y 1mm, es idéntico al largo de banda de la onda submilimétrica. Sin embargo, normalmente el término terahercios es más usado en mercadeo en relación con la generación y detección con láser pulsados, como espectroscopia de terahercios de tiempo-dominado, mientras que el término submilimétrico, es normalmente usado para la generación y detección de tecnología de microondas, como la multiplicación armónica.

La región de terahercios, está entre la región de frecuencia de radio, y la óptica, normalmente asociada con láseres. Tanto los estándares de seguridad IEEE RF como el estándar de seguridad con láser ANSI, tienen límites en la región de terahercios, pero ambos límites están basados en extrapolación. Se espera que el efecto en tejidos sea de naturaleza térmica y por lo tanto predecible mediante modelos térmicos convencionales. Se están realizando estudios para recolectar datos para poblar esta región del espectro, y validar los límites de seguridad

• Quasioptical systems: Gaussian beam quasioptical propagation and applications, Paul F. Goldsmith, IEEE Press
• Millimeter wave spectroscopy of solids, edited by G. Grüner, Springer
• Detection of light: from the ultraviolet to the submillimeter, George Rieke, Cambridge
• Modern millimeter-wave technologies, Tasuku Teshirogi and Tsukasa Yoneyama, eds, IOS press
• Optoelectronic techniques for microwave and millimeter-wave engineering William Robertson, Artech
• Principles of terahercios Science and Technology, Yun-Shik Lee, Springer

• "Revealing the Invisible". Ian S. Osborne, Science 16 August 2002; 297: 1097.
• Article in Nature 14 November 2002 (local copy from the Jefferson Lab)
• News and Views in Nature 14 November 2002 (local copy from the Jefferson Lab)
• Instrumentation for millimeter-wave magnetoelectrodynamic investigations... Review of Scientific Instruments, 2000 (enlace roto disponible en Internet Archive; véase el historial, la primera versión y la última).