Излучение терагерцового, или, как его ещё называют, субмиллиметрового диапазона занимает в электромагнитном спектре область между инфракрасными и радио волнами. Терагерцовое излучение, из-за низкой энергии квантов, является неионизирующим и легко проходит сквозь большинство диэлектриков (дерево, плас��ик, керамика, бумага, ткань), при этом оно отражается от проводящих материалов и сильно поглощается водой. Этот набор свойств делает терагерцовое излучение перспективным для задач сканирования объектов и систем построения изображений.
О них сегодня мы и расскажем.
Где применяется?
Субмиллиметровые сканеры уже применяются в аэропортах для поиска спрятанных металлических предметов под одеждой пассажиров и в багаже, а спектрометры с временным разрешением могут применяться для поиска опасных взрывчатых веществ в жидкостях. Также сканирующие ТГц-спектрометры могут применяться на производственных линиях для контроля качества полимерных композитов или обнаружения поддельной продукции, например, поддельных электронных компонентов.
Внедрение стандарта 6G ожидается к 2030 г., рабочие частоты стандарта будут выше 100 ГГц (при скорость передачи данных порядка 1 ТБит/сек) и попадают в ТГц-диапазон.
Справка: рабочие частоты самого распространенного на сегодня стандарта 4G не превышают 2,5 ГГц и скорость передачи данных до 1 Гбит/с. Стандарт 5G работает на частотах до 100 ГГц и обеспечивает скорость до 5 ГБит/с.
В маркетинговом исследовании указывается на первостепенное значение визуализации в «кусте» терагерцевых технологий. При этом среди основных конечных потребителей систем визуализации называются:
актуальная общественная безопасность,
оборонно-военная техника и приборы правоохранительных органов в раскрытии совершённых преступлений,
полупроводниковая промышленность (контроль качества, анализ дефектов печатных плат и др.).
Патентный аспект
На портале Google.patents в октябре числилось на термин Terahertz imaging 82631 документов. В рамках МПК рейтинг тем следующий:
исследование или анализ материалов путем определения их химических или физических свойств G01N – 37%;
обработка или генерация данных изображения G06T – 11,7%;
геофизика; гравитационные измерения; обнаружение скрытых масс или объектов G01V – 11%;
измерение интенсивности, скорости или спектрального состава, поляризации, фазы или импульсных характеристик инфракрасных, видимых или ультрафиолетовых лучей; колориметрия; радиационная пирометрия G01J – 8,9%;
радиопеленгация; радионавигация; измерение расстояния или скорости с использованием радиоволн; определение местоположения или обнаружение объектов с использованием отражения или переизлучения радиоволн; аналогичные системы с использованием других видов волн G01S – 8%;
компьютерные системы, основанные на специфических вычислительных моделях G06N – 6,9%;
распознавание изображений G06V – 6,4%;
оптические элементы, системы или приборы G02B – 6,1%;
диагностика; хирургия; опознание личности A61B – 5,9%;
обработка цифровых данных с помощью электрических устройств G06F – 4,4%;
передача изображений H04N – 2,4%;
антенны H01Q – 2,2%.
В патентовании нет явного лидера. Ведущие правообладатели на сентябрь 2025 г. такие:
Tsinghua University – 3,2%;
Shanghai Heng Optoelectronics Technology Co., Ltd – 3%;
Nuctech Company – 2,4%;
Capital Normal University – 2,3%;
Guangdong University of Technology – 2,3%.
Как видно, это всё китайские университеты и производственные компании.
Динамика по годам представлена на рис.1.
Рисунок 1: Динамика мирового патентования изобретений на тему терагерцовой визуализации (Terahertz imaging) в 1992-2025 гг.
Видно, что интенсивность патентования в 2000-2010-х резко выросла, достигнув максимума в 2020-х. Она остаётся высокой в настоящий момент
Патенты РФ
Поиск патентов РФ на изобретения проведён нами по рефератам в базе ФИПС. Хотя по терагерцовой тематике патентов много – 168 ед., но по визуализации (и близких терминах) только 31, причём действуют 9 ед., а 7 патентов могут прекратить действие (табл.1)
Таблица 1: Количество патентов на изобретения РФ по теме терагерцовой визуализации
Термин | Все | Действуют | Могут прекратить действие |
Терагерцовая | 168 | 84 | 21 |
Терагерцовая визуализация | 5 | 1 | 3 |
Терагерцовое сканирование | 4 | 1 | 0 |
Терагерцовое изображение | 7 | 1 | 1 |
Терагерцовый детектор | 16 | 6 | 3 |
При этом поиск по словосочетанию «терагерцовая визуализация» даёт смещение двух сущностей: 1) визуализания объектов с помощью терагерцового излучения (это то, что нам нужно), 2) визуализация самого терагерцового излучения. То есть, релевантных патентов РФ на изобретения считанные единицы.
Примеры интересных патентов:
№2737725 (2020) Способ визуализации неоднородностей плоской полупроводниковой поверхности в терагерцовом излучении. Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН (Зеленоград). Способ включает воздействие на поверхность р-поляризованным излучением, для которого вещественная часть диэлектрической проницаемости полупроводника отрицательна, преобразование излучения в направляемые поверхностью поверхностные плазмон-поляритоны (ППП) и измерение интенсивности излучения, испускаемого с трека ППП.
№2790304 (2023) Пролетный диод с переменной инжекцией для генерации и детектирования терагерцового излучения. Физико-технологический институт имени К.А. Валиева РАН. Изобретение относится к области микро- и наноэлектроники и может быть использовано для изготовления генераторов и приемников терагерцового излучения.
№2832992 (2025) Детектор субмиллиметровых волн на основе квазинульмерной структуры с примесными комплексами A++e во внешнем магнитном поле. Пензенский государственный университет. Изобретение относится к оптонаноэлектронике, в частности к устройствам на основе квантовых точек (КТ), и может быть использовано для создания детектора электромагнитных волн терагерцового диапазона.
В базе ФИПС по рефератам полезных моделей мы обнаружили 85 патентов РФ, из которых по теме визуализации две штуки:
№206438 (2021) Устройство для формирования изображений в терагерцовой области спектра. Частное учреждение по обеспечению научного развития атомной отрасли "Наука и инновации" (в адресе для переписки указано МИФИ).
Предлагаемая полезная модель позволяет разработать и внедрить в различных технологиях безопасности устройства, в которых достигнуто существенное увеличение контраста изображения структуры различных объектов, частично прозрачных для ТГц излучения как на их поверхности, так и в приповерхностном слое, что существенно расширяет технические возможности применения предлагаемого устройства в системах безопасности на гражданских и промышленных предприятиях.
№223193 (2024) Объектив для терагерцовой области излучения. ООО «Тера» (Москва). Требуемый технический результат, который заключается в повышении качества изображения по всему полю зрения при высоком значении светосилы и широким рабочим спектральным диапазоном электромагнитных волн, достигается в объективе для терагерцовой области излучения, содержащем размещенные последовательно на одной оптической оси и разделенные воздушным промежутком две асферические линзы, выполненные из политетрафторэтилена, первая по ходу луча из которых является выпукло-плоской с выпуклой четной асферической поверхностью, описанной четвертой и шестой степенью полинома, а вторая является двояковыпуклой линзой с двумя четными асферическими поверхностями, описанными четвертой степенью полинома.
Программ для ЭВМ по терагерцовой визуализации с 2013 г. зарегистрировано 7 ед. Правообладатели – Алфёровский Университет, Томский государственный университет, Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина), Национальный исследовательский университет ИТМО, МИРЭА Российский технологический университет, а также некий Сементин Владимир Валерьевич.
Примеры:
№2016660666 Программа для численного расчета нелинейного показателя преломления материалов в терагерцовом диапазоне частот на основе метода z-скан;
№2017614141 Программа преобразования результатов измерений электромагнитных параметров материалов для терагерцового спектрометра «СТД-21».
Баз данных по нашей теме не зарегистрировано.
НИОКТР
В ГИС «Наука» 90 документов по нашей теме. Они касаются разных аспектов.
Дефектоскопия макрообъектов (строительные конструкции, трубопроводы, машины, приборы, технические и бытовые устройства). Например, Томский государственный университет на грант от РНФ осуществляет в 2024-2026 гг. НИР «Неразрушающая терагерцовая дефектоскопия объектов с использованием нейронной сети в производстве конструкционных материалов». Целью проекта является разработка бесконтактного метод диагностики дефектов корпусных элементов радиоэлектронной аппаратуры из термопластичных материалов с функциональными добавками для автоматического обнаружения и последующей локализации неоднородностей по результатам анализа распределения параметров терагерцового отклика от объекта с применением методов машинного обучения.
Волноводы. Например, Кабардино-балкарский научный центр РАН осуществил исследование особенностей применения капиллярных структур из стекла и полимеров для эффективной передачи излучения терагерцового и оптического диапазонов, а так же создания автоэмиссионных катодов Объектом исследования являются капиллярные структуры из полипропилена для разработки гибких ТГц волноводов; нелинейные процессы, сопровождающие взаимодействие ТВт лазерных импульсов с медной мишенью для создания плазменного источника рентгена и углеродные пленки для создания автоэмиссионных катодов. Цели работы – разработка принципов создания протяженных, гибких волноводов с капиллярной отражающей оболочкой для передачи излучения в диапазоне частот 1-3 ТГц; установление зависимости интенсивности рентгеновского излучения в лазерно-плазменном источнике от толщины медной мишени; определение фазового состава металло-углеродной пленки наноразмерной толщины на поверхности подложки Si(100).
Излучатели. В МФТИ получили рекордную эффективность излучения по мощности 12% при частоте излучения 4.2 ТГц. Это более чем на порядок превышает ранее декларированные эффективности ТГц источников на данной частоте (как полупроводниковых, так и сверхпроводящих) и всего в четыре раза меньше теоретического предела эффективности в 50%. Был разработан очень интересный квантовый прибор «перестраиваемый фазосдвигатель» для Джозефсоновской электроники, в котором в качестве фазовой батарейки используется Абрикосовский вихрь.
В частности, в МФТИ изготовлены и изучены ТГц-источники на основе Bi-2212 вискеров, содержащих от четырех до восьми меза структур на одном кристалле. Были проведены подробные измерения транспортных характеристик меза структур, а также исследованы излучение и поглощение высокочастотного электромагнитного излучения этими устройствами.
Детекторы. В МЭИ осуществляется исследование и разработка детекторов субтерагерцевых колебаний на основе наногетероструктур, содержащих антиферро- и ферримагнетики, а также расчет их шумовых характеристик. Исследованы: детектирование и преобразователь терагерцевых сигналов с помощью магнитных наноструктур. Разработаны прототипы выпрямителя и линии задержки микроволновых и субтерагерцевых сигналов на основе наноразмерных антиферромагнетиков.
Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна РАН в 2-25-2026 гг. изучает технологии изготовления микроэлектронного пространственного модулятора терагерцового излучения на основе тонких полупроводниковых пленок для систем связи и устройств визуализации. Для решения практически всех прикладных задач в области устройств визуализации необходима возможность управлять амплитудой или фазой излучения. Отдельный интерес представляет управление амплитудой или фазой с пространственным разрешением.
Заключение
ТГц-излучение позволяет выполнять неинвазивный и неразрушающий контроль, который широко применяется в военных системах, средствах безопасности, медицине и здравоохранении, материаловедении и обрабатывающей промышленности. Все это обуславливает непрерывный рост спроса на ТГц-устройства. Электромагнитные волны ТГц-диапазона отражаются металлами, но они проникают через пластмассы, бумагу, сухую древесину и любые мутные среды, и мелкодисперсные материалы.
Терагерцовой визуализацией занимаются серьёзные структуры, как-то:
институты РАН, в частности Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова, Научно-технологический центр уникального приборостроения, Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе, Институт ядерных исследований им Г. И. Будкера, Физико-технологический институт им. К. А. Валиева, Институт прикладной физики, (ИПФ) РАН
топовые технические вузы, такие как МФТИ, МИФИ, ИРЕА, МИЭТ,
инновационные предприятия, например АО «Сканда Рус» (Красногорск),
производители радиоэлектронной аппаратуры в системах «Ростеха» и «Росатома».
Однако патентов РФ мало, во всяком случае, открытых патентов.
О сервисе Онлайн Патент
Онлайн Патент — цифровая система № 1 в рейтинге Роспатента. С 2013 года мы создаем уникальные LegalTech‑решения для защиты и управления интеллектуальной собственностью. Зарегистрируйтесь в сервисе Онлайн‑Патент и получите доступ к следующим услугам:
Онлайн‑регистрация программ, патентов на изобретение, товарных знаков, промышленного дизайна;
Опции ускоренного оформления услуг;
Бесплатный поиск по базам патентов, программ, товарных знаков;
Мониторинги новых заявок по критериям;
Онлайн‑поддержку специалистов.