آشكارسازهاي نانوساختارگرافني برمبناي EIT به منظور تشخيص مواد منفجره با استفاده از امواج تراهرتز

EIT-based nanostructure detectors for detecting materials using terahertz waves

مواد مختلف طيف جذبي مختلفي نسبت به امواج تراهرتز دارند. بنابراين با آشكارسازي طيف جذبي امواج تراهرتز از مواد مختلف مي‌توان نوع ماده را تشخيص داد. يكي از راه‌هاي بسيار مؤثر در آشكارسازي طيف امواج تراهرتز به‌منظور تشخيص مواد مختلف استفاده از پديده­ي شفافيت القايي الكترومغناطيسي (EIT) در يك نانوساختار گرافني تحت ميدان مغناطيسي مي­ باشد. در اين مقاله آشكارسازي امواج تراهرتز به‌وسيله‌ي نانوساختار گرافن واقع در هسته­ ي آشكارساز از يك روش تمام اپتيكي مورد بررسي قرارگرفته است. در اين طرح به‌منظور تشخيص امواج تراهرتز به‌طور عمده اندازه‌گيري رفتار طيف عبوري نور كاوشگر ضعيف از نانو­ساختار گرافني كه باوجود و عدم وجود طيف مشخصي از امواج تراهرتز مرتبط است صورت مي ­گيرد. گذارهاي اپتيكي فركانسي بين سطوح انرژي موجود در گرافن توسط ميدان مغناطيسي خارجي قابل تنظيم مي­ باشد كه براي آشكارسازي امواج تراهرتز در محدوده ­ي طيفي موردنظر مورداستفاده قرار مي­ گيرد. اين ويژگي باعث مي­ شود كه آشكارسازي انواع مواد منفجره با طيف‌هاي جذبي مختلف نسبت به امواج تراهرتز به‌طور تمام اپتيكي موردبررسي قرار گيرد. ازجمله مواد منفجره مانند RDX، PETN و آمونيوم نيترات داراي طيف جذبي در محدوده­­اي از امواج تراهرتز مي­ باشند كه به‌طور وسيع در انواع مواد منفجره مورداستفاده قرارگرفته است و با اين روش قابل‌شناسايي و آشكارسازي مي ­باشند. پارامترهايي نظير شدت امواج تراهرتز و فاز نسبي ميدان­ها و اثرات آن بر روي جذب و پاشندگي، همچنين با اندازه‌گيري زمان سوئيچ زني سرعت گروه نور كاوشگر، حساسيت و پاسخ سريع آشكارساز به نوسانات امواج تراهرتز موردبررسي قرارگرفته و پاسخ آشكارساز را بين 5 الي 8 پيكوثانيه كه زمان بسيار كوتاهي مي ­باشد تخمين زده­ شده است.

Different materials have different absorption spectra of the terahertz (THz) radiation. So, by detecting the absorption spectra of THz radiation of different materials we can assess material substances. We propose and analyze an efficient way to detect the THz radiation in a magnetized graphene system via electromagnetically induced transparency (EIT). In this paper an all-optical method for THz signal detection in graphene nanostructure in core of a detector is investigated. Such a scheme for THz signal detection mainly relies on the measurement of probe transmission spectra, in which the behaviors of a weak-probe transmission spectrum can be controlled by switching on/off the THz signal radiation. Taking into account the tunable optical transition frequency between the Landau levels in graphene, our analytical results demonstrate that a broad frequency bandwidth of the THz signal radiation can be inspected and modulated by means of an external magnetic field. This feature being useful for detection of explosives with width absorption spectra of the optical terahertz signal. Common explosives such as RDX, TEND and Ammonium Nitrate in the spectral range of THz signal are widely used in a variety of explosives. Effects of parameters such as intensity of the terahertz radiation and relative phase between the fields on the absorption anddispersion of probe field hase been studied. Also, Detector sensitivity and rapid response to fluctuations of terahertz radiation by measuring the switching time of group velocity of probe field from subluminal to superluminal and vice versa hase been studied. The estimated range of the switching time is between 5 ps to 8 ps for subluminal to superluminal light propagation.Such all optical detectors can be well used in a wide range of THz spectroscopy for (explosive or forbidden) material detection.