وقد برزت مشهد تيراهرتز (THz) كتقنية تحولية لاختبار المواد غير المدمرة في الميادين الهندسية، حيث إن استخدام نطاق الترددات بين الموجات الدقيقة والضوء تحت الحمراء (0.1-10 ثيس) يمكن أن يخترق الإشعاعات الكثير من المواد غير المحتوية على مواد متجانسة، مع توفير توقيعات طيفية من الظواهر الجزيئية والثية.

أساسيات تيراهرتز سبيكتروسكوب

وتلتقط صور التهاب الكبدي (Tertz) التفاعل بين الإشعاعات ذات الصلة بالأمور، وخلافا للأشعة السينية، فإن موجات التسخين غير مؤمنة ومأمونة للمشغلين والمواد الحساسة، ويمكنها أن تستكشف الخصائص السائبة للبوليمرات، والخصائص التراكمية، وشبه الموصلات، وتكشف المعلومات عن مؤشرات الارتداد، وثبات الصبغ.

وهناك نهجان رئيسيان هما: نموذج تيراتز التجريبي: نموذج المطياف الذي يستخدم في الوقت المحدد للليزر من الدرجة الثانية والأشعة المطياف باستخدام مصادر الموجات المستمرة، ويتوقف الاختيار بينهما على النطاق الترددي المطلوب، والحل الشفاف، وسرعة القياس.

التطورات التكنولوجية الأخيرة

وقد شهد العقد الماضي زيادة في الابتكارات التي تعالج القيود التاريخية لنظم تيراهارتز - انخفاض نسبة الإشارة إلى الأرقام، وبطء سرعة الاحتياز، والتجهيزات السوائبية، وهذه التطورات ليست مجرد تقدمية؛ فهي تتيح طرائق قياس جديدة تماما وتوسيع نطاق نموذج تيراهرتز في الممارسة الهندسية.

Ultrafast Time-Domain Terahertz Spectroscopy (TDS)

ويظل هذا النموذج المتزامن للصدمات الحرارية، الذي يعتمد على قياسات التضاريس، يزيل في الآونة الأخيرة من المقاييس ذات التأثير الحرج، أو من خلال تطبيق نظامي الاختراق الحراري، أو التماثل في استخدام البطاريات ذات الصبغة الميكانيكية العالية، أو الاختزال في المئات من الميغاهرتز، بالإضافة إلى قياسات الاختراق الضوئية التي تُصنع من مقياس منخفض التدرج.

التصوير والأساليب التلقائية

كما أن التصوير المقطعي للطائرات المُخَلَّفة من أجهزة المسح المُخَلَّفة، إلى طرائق متطورة تُضاهِمُ الأشعة السينية والاختبارات فوق الصوتية في بعض التطبيقات، كما أنَّ الخواريات الاصطناعية المُتَمَوَّلة من الموجات الدقيقة وهندسة الرادار تُطبَّق على بيانات ثلاثية الأبعاد لتحقيق حلّ مكاني محدود عند مسافات.

التطورات الطارئة - الدائمة والمتواصلة

)٥( إن نظم الترايزر المتطورة، التي تستند إلى تركيب أجهزة التكتل الضوئي أو الكمي، توفر بديلا أكثر تماسكا وفعالية من حيث التكلفة عن تطبيقات محدودة النطاق الترددي، ويمكن أن يؤدي تركيب جهازين من أجهزة التكتل الضوئي في موصل للأشعة دون الحمراء إلى إشعاع ذي التردد الواحد بدرجة عالية )منتجات الترددات العالية(

الاستقطاب وقياسات الأنيسوتروبية

وتظهر المواد الهندسية في كثير من الأحيان أنسبية هيكلية - مثل اتجاه الألياف في المركبات، أو النسيج البوليفي البوليستري، أو انكماش ثنائي في البوليميرات، كما أن برمجية تريهرتز المطيفة لا يمكن أن تُسجّل هذه الخواص من خلال قياسات مُقَرَّبة.

النطاق العريض والملفات

ومن بين الاختناقات التاريخية في المطياف التاهيريتز محدودية نطاقات الهوائيات التقليدية الملتقطة بالصور الضوئية (التي تتراوح بين 0.1 و3 ثايس) وقد أدت التطورات الأخيرة في التصحيح البصري غير الخطي باستخدام البلورات العضوية (مثل DAST, OH1, وHQ-TMS) إلى توسيع النطاق القابل للاستخدام إلى ما بعد 10 ثوابت دون الحاجة إلى استخدام أجهزة إلكترونية متزامنة.

تطبيقات اختبار المواد الهندسية

وقد أتاحت التقنيات الناشئة المذكورة أعلاه طائفة واسعة من التطبيقات عبر التخصصات الهندسية، وقلنا ننحرف إلى فئات محددة حيث يحدث تيرارتز المطياف أثرا ملموسا.

Composite Materials and Structural Health Monitoring

إن عمليات التفتيش على أجهزة الاستنشاق بالأشعة السينية التي لا تُستخدم في الآونة الأخيرة، والتي تُحدث آثاراً كبيرة على أجهزة التفتيش على الاختراق، والتي لا تُستخدم على نطاق واسع في أجهزة التحلل الحراري، كما أن أجهزة التفتيش ذات التأثيرات الفوقية العالية، والتي تُظهر في شكل اختبارات الارتطام، لا يمكن أن تؤدي إلى إحداث أضرار كبيرة في أجهزة التخصيب السطحي، بل إلى إحداث اختلالات.

اختبارات الشبهات والإلكترونيات

وتحتاج صناعة الترسبات شبه الموصلات إلى وصف دقيق للمسح المحتوي على الترميز، وتركيز الناقل، والتنقل، وسمك الطبقات في الأفلام الرقيقة والهيكلات الحرارية، وتُستخدم نماذج التحلل المحتوية على الترسبات الاصطناعية في أجهزة الاستنشاق، وأجهزة الكشف عن المطيافات ذات الصبغة الاصطناعية، وأجهزة القياس الاصطناعي المميتة، وأجهزة التحلل الحرارية،

التكليف، الطلاء، كشف الكوروسيون

وتُستخدم المعاطف الواقية على نطاق واسع في الهياكل الأساسية والسيارات والبيئات البحرية، ويمكن أن تخترق موجات تيرهارتز الطلاءات الديتري، مع التعبير عن ذلك من الغطاء المعدني الذي يوفر قياسا مباشرا لسمك الطلاء والوحدة، حيث يمكن أن تؤدي أساليب الطلاء ذات النطاق الترددي للضوء التي تحتوي على نبضات حرة إلى إحداث تغييرات في سميكة عدد قليل من الميكرومترات، حتى بالنسبة لطبقات المتعددة.

السيراميك، والبوليمير، وصناعة المواد المضافة

وتُستخدم المكونات الكيميائية في بيئات قاسية مثل التربينات الغازية، والأدوات المقطعية، والزوارق البيولوجية الطبية، وتُظهر المطيافات المحتوية على التخصيبات الحرارية في التخصيب، والاختراق في الظواهر الجليدية، والاختراقية، والثدييات الدقيقة في التخدير، والاختلالات التي تُظهر في الظواهر الميكانيكية، والاختراقية.

الهندسة الصيدلانية والطب البيولوجي

وعلى الرغم من أن التطبيقات الهندسية والصيدلانية والطبية الحيوية لا تستفيد من المطياف التاهيرتز لمراقبة نوعية استمارات الجرعات الصلبة والأجهزة الطبية، كما أن القدرة على التمييز بين الأشكال المتعددة المورفية للمكونات الصيدلانية النشطة عن طريق أجهزة التخدير الميكانيكية ذات السمة التحللية تستخدم في الكشف المزيف والتصويب، وفي صناعة الأجهزة الطبية، يمكن للجهاز البولي في التحقق من سلامة العناصر.

التكامل مع التعلم في مجال الآلات وتجهيز البيانات المتقدمة

كما أن البيانات التي يُبحث عنها بشكل متزايد والتي تُنتج عن التخمين السريع والطلب على المضاربة هي تحليل آلي، كما أن التعلم من الآلات، ولا سيما التعلم العميق، يجري تطبيقه على استخراج الخواص المادية، وكشف العيوب، وتصنيف المواد من المضاربة والصور المغلقة، كما أن الشبكات العصبية الثورية يمكن تدريبها على تحديد الانتحالات في صور الاختبار الاصطناعي المركب مع وجود متفاوت.

شبكات جمع البيانات والاستشعار

وفي سيناريوهات الاختبار في العالم الحقيقي، كثيرا ما تقترن بيانات تيرارتز بطرائق الاستشعار الأخرى، ويمكن أن يؤدي دمج البيانات مع بيانات الأشعة فوق الصوتية أو التيارات الحرارية إلى تقييم أكمل للصحة المادية، مثلا، يمكن للشبكة أن تكشف عن المياه القريبة من السطح أو التحلل، بينما يمكن للأشعة فوق الصوتية أن تُحدث صداقات أعمق.

الآفاق المستقبلية والتبني الصناعي

The trajectory of terahertz technology points toward broader industrial adoption driven by further miniaturization, cost reduction, and standardization. Several promising directions are on the horizon. The development of on-chip THz spectrometers using silicon photonics and plasmonic antennas could shrink the footprint of a complete system to the size of a smartphone, suitable for field deployment. Advances in room-temperature quantum cascade detectors and hot-electron bolometers are increasing sensitivity without the need for cryogenic cooling. Standardization efforts by organizations such as ASTM and ISO are creating formal protocols for THz testing in applications like coating thickness measurement and composite inspection, which will lower barriers for regulatory compliance. Meanwhile, the integration of terahertz sensors into collaborative robots (cobots) will enable flexible, on-demand inspection in small and medium-sized manufacturing enterprises.

ومع زيادة القدرة الحاسوبية، فإن المعالجة الفورية لبيانات ثيس الفائقة الأطياف بأسعار إطار الفيديو ستصبح ممكنة، مما يسمح بالدمج اللامع في خطوط الإنتاج، ويمكن أن تكون أجهزة الحاسوب الخام جاهزة لبيانات ثيس، وأن تُجري نماذج للوزن الخفيف مباشرة على رأس جهاز الاستشعار، مما يقلل من الرطوبة ونقل البيانات، وثمة حدود أخرى تتمثل في استخدام جهاز التضاريس المطيفي في أجسام الضغط الإلكترونية العالية.

(أ) التآزر بين " تيراتز " و " الآلات " ، من أجل فتح قدرات جديدة لتحديد الخصائص المادية التي كانت مستحيلة في السابق، وبالنسبة لإجراء استعراضات تقنية متعمقة، يوجَّه القارئ إلى العمل الشامل الذي تقوم به Wang et al (2021) بشأن المطياف المحتوي على مطيافات ، و [المنتج الخاص]

وفي الختام، يتطور ميدان طيف تيراتز بسرعة من تقنية مختبرية متخصصة إلى أداة هندسية قوية، وتزداد التقنيات الناشئة في قطاعات الطاقة ذات النطاق الزمني، ودرجة التواتر، والتصوير، ونسخة العينات المستحلبة، إلى جانب تجهيز البيانات المتقدمة والتعلم الآلي، اتساع نطاق ما يمكن قياسه من خلال عمليات التصنيع غير المدمر.