Автореферат (1025279)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиУДК 681.785Зайцев Кирилл ИгоревичМЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИКСИЛЬНО ПОГЛОЩАЮЩИХ СРЕД И БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙВ ТЕРАГЕРЦОВОЙ ИМПУЛЬСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ05.11.07 – Оптические и оптико-электронные приборы и комплексыАвтореферат диссертациина соискание ученой степени кандидата технических наукМосква – 2016Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательномучреждении высшего образования «Московский государственный техническийуниверситетимениН.Э. Баумана(национальныйисследовательскийуниверситет)» на кафедре лазерных и оптико-электронных системНаучный руководитель:Карасик Валерий Ефимович,доктор технических наук, профессорОфициальные оппоненты:Попов Вячеслав Валентинович,доктор физико-математических наук,заведующий лабораторией Саратовскогофилиала Института радиотехникии электроники имени В.А.

КотельниковаРоссийской академии наукЖукова Елена Сергеевна,кандидат физико-математических наук,старший научный сотрудникМосковского физико-технического институтаВедущая организация:Федеральное государственное бюджетноеучреждение науки Институт общей физикиимени А.М. Прохорова Российской академии наукЗащита диссертации состоится «15» февраля 2017 г.

в 12:00 часовна заседании диссертационного совета Д 212.141.19 в Московскомгосударственном техническом университете имени Н.Э. Баумана по адресу:105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана.Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных гербовой печатьюорганизации, просим направлять по адресу: 105005, г. Москва,ул. 2-я Бауманская, д.

5, стр. 1, МГТУ им. Н.Э. Баумана, ученому секретарюдиссертационного совета Д 212.141.19.Автореферат разослан «___» __________ 2016 г.Ученый секретарьдиссертационного совета,кандидат физико-математических наук2Д.А. СемеренкоОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. Терагерцовая область электромагнитного спектрарасположена между инфракрасным и микроволновым диапазонами частот –междуиТГц. Терагерцовое излучение является неионизирующим.Частотная зависимость терагерцовой диэлектрической проницаемости несетинформацию о низкочастотных молекулярных колебаниях и структурныхсвойствах конденсированных сред, в том числе сильно поглощающих.Отмеченные свойства терагерцового излучения делают терагерцовуюоптотехнику перспективным инструментом решения широкого спектрафундаментальных и прикладных задач, в том числе в химии, материаловедении,биологии и медицине.

Однако из-за сильного поглощения водой терагерцовоеизлучение не может проникать глубоко в организм человека, поэтому егоиспользование для неинвазивной диагностики заболеваний внутренних органовне представляется возможным. Тем не менее оно может применяться дляизучения эпителиальных тканей организма, а также в целях интраоперационнойдиагностики биологических тканей, несмотря на то, что они относятся к сильнопоглощающим терагерцовое излучение средам.Исследования, направленные на разработку методов определениядиэлектрических характеристик сильно поглощающих сред и биологическихтканей, ведутся рядом научных коллективов.

Лидерами в рассматриваемойобласти являются группы исследователей из Университета Кембриджа,Университетского колледжа Лондона, Университета Райса, Китайскогоуниверситета Гонконга, Университета Западной Австралии, Брауновскогоуниверситета, Нагойского университета, Токийского университета и организацииTeraView Ltd. Перечисленными научными группами предложены методыопределения комплексной диэлектрической проницаемости сильно поглощающихсред и биологических тканей в терагерцовом диапазоне частот и показанавозможность их использования для неинвазивной, малоинвазивной иинтраоперационной диагностики различных заболеваний.Существующие методы и аппаратура для регистрации комплекснойдиэлектрической проницаемости сильно поглощающих сред в терагерцовойобласти спектра характеризуются достаточно большими погрешностямиизмерений.

Нерешенной остается задача разработки волноводов иэндоскопических систем, обеспечивающих передачу терагерцового излучения ктруднодоступным объектам исследований. Зачастую это делает невозможнымдифференциацию биологических тканей in vivo в нормальном состоянии и приналичии патологии на основе анализа их комплексной диэлектрическойпроницаемости в терагерцовом диапазоне частот.

В этой связи тема диссертации,посвященная разработке нового метода исследований диэлектрическиххарактеристик сильно поглощающих сред и биологических тканей с помощьютерагерцовой спектроскопии, представляется весьма актуальной.1Цель диссертации – разработка метода и аппаратуры терагерцовойимпульсной спектроскопии для исследования комплексной диэлектрическойпроницаемости сильно поглощающих сред и биологических тканей in vivo.Для достижения сформулированной цели в диссертации были поставлены ирешены следующие научно-технические задачи: разработанметодопределениякомплекснойдиэлектрическойпроницаемости сильно поглощающих сред и биологических тканей in vivo спомощью терагерцовой импульсной спектроскопии; разработан сапфировый фотонно-кристаллический волновод для передачитерагерцового излучения спектрометра к объекту исследования; создан экспериментальный комплекс для исследования диэлектрическойпроницаемости сильно поглощающих сред и биологических тканей in vivo втерагерцовом диапазоне; экспериментально показано, что разработанный метод обеспечиваетпогрешность измерений, достаточную для дифференциации биологическихтканей in vivo в нормальном состоянии и при наличии патологии.Объектом исследования является поле электромагнитного излучениятерагерцового диапазона частот.Предметом исследования является метод восстановления комплекснойдиэлектрической проницаемости образца в терагерцовом диапазоне частот.Методы исследований.

При решении поставленных задач использованыметоды физической оптики, вычислительной электродинамики, цифровойобработки сигналов, теории оптических систем и диэлектрическойспектроскопии.Научная новизна исследований заключается в том, что: показано, что разработанный метод определения комплекснойдиэлектрической проницаемости сильно поглощающих сред ибиологических тканей обеспечивает погрешность, не превышающуювспектральном диапазоне отдоТГц; установлено, что сапфировый фотонно-кристаллический волноводобеспечивает потери додБ/м и характеризуется низкой дисперсией вспектральном диапазоне отдоТГц.Положения, выносимые на защиту Разработанный метод определения комплексной диэлектрическойпроницаемости сильно поглощающих сред, основанный на использованиидвух опорных сигналов, позволяет исключить ошибку оценкидиэлектрических характеристик, вызванную эффектом многолучевойинтерференции излучения в опорном окне, позади которого фиксируетсяисследуемый образец. Для передачи терагерцового излучения к объекту исследования следуетиспользовать фотонно-кристаллический волновод, изготовленный изсапфира и обеспечивающий потери до 2,0 дБ/м и низкую дисперсию вспектральном диапазоне отдоТГц.2Обеспечиваемая разработанным методом определения диэлектрическойпроницаемости погрешность, не превышающаяв спектральномдиапазоне отдоТГц, достаточна для дифференциациибиологическких тканей in vivo в нормальном состоянии и при наличиипатологии.Практическая ценность работы.

Разработанный метод определениякомплексной диэлектрической проницаемости сильно поглощающих сред втерагерцовом диапазоне может быть использован для исследования физическихсвойствсильно-поглощающихконденсированныхсредвнаучноисследовательских лабораториях, для создания методов неразрушающегоконтроля композиционных материалов и керамик на предприятиях,производящих конструкционные материалы, для регистрации и систематизациидиэлектрических характеристик биологических тканей в профильныхмедицинских учреждениях.

По оценкам специалистов, предложенный методанализа терагерцовой комплексной диэлектрической проницаемости пигментныхневусов кожи может использоваться для создания новых методов диагностикидиспластических невусов и меланомы кожи in situ.Сапфировые фотонно-кристаллические волноводы могут быть примененыдля передачи терагерцового излучения к объекту исследования при проведениимедицинской диагностики заболеваний и неразрушающего контроля материалов.Достоверность результатов основана на корректном рассмотренииисследуемых физических процессов, использовании правомерных допущений,корректном применении методов исследования, а также на соответствиирезультатов теоретических и экспериментальных исследований.Реализация и внедрение результатов исследований.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации