М.К. Ходзицкий1

1 ООО «Терагерцовая Фотоника» (Санкт-Петербург, Россия)
1 khodzitskiy@yandex.ru

Постановка проблемы. Терагерцовые (ТГц) волны произвели революцию в здравоохранении, открыв новые горизонты в неинвазивной визуализации, диагностике и терапии. Они позволяют получать высокоточные изображения биологических тканей без ионизирующего излучения, что делает их более безопасной альтернативой рентгену и компьютерной томографии. В ТГц-диапазоне частот можно исследовать свойства биологических молекул, включая ДНК, белки, и лекарства, что помогает в разработке новых лекарств и методов лечения. Для создания ТГц-систем визуализации необходимы компактные, доступные, быстро производимые, заменяемые компоненты с контролируемыми характеристиками, в частности линзы.

Цель. Создать методику производства недорогих компактных плоских линз с градиентным показателем преломления с помощью аддитивных технологий, в частности экструзионной 3D-печати, для использования в системах терагерцовой визуализации для диагностики и лечения социально значимых заболеваний человека, в том числе онкологических.

Результаты. Описана методика создания терагерцовых градиентных линз с помощью изменения коэффициента экструзии при 3D-печати, а также продемонстрировано распределение поля терагерцового излучения в фокусе исследуемых линз. Показана зависимость фокусного расстояния градиентных линз от толщины и диаметра линзы.

Практическая значимость. Предложенная и описанная в работе методика на основе аддитивных технологий позволит изготавливать линзы с градиентным показателем преломления, которые могут быть использованы для инновационных терагерцовых систем визуализации медицинского назначения нового поколения для диагностики и терапии социально-значимых заболеваний человека, таких как онкология, диабет, заболевания роговицы глаза, ожоги и др., за счет быстроты изготовления, уменьшения веса, компактности, отсутствия сферических аберраций, возможности настройки фокусного расстояния, контроля градиента показателя преломления внутри линзы, а также толщины и диаметра линзы.

Ходзицкий М.К. Терагерцовые линзы c градиентным показателем преломления для биомедицинских систем диагностики заболеваний человека // Биомедицинская радиоэлектроника. 2025. T. 28. № 2. С. 44−49. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604136-202502-07

1. Kundu K., Pathak N.N. Terahertz technology and its importance in the field of biomedical application: a review. Next Generation Wireless Communication: Advances in Optical, mm-Wave, and.
2. Whittaker T. et al. 3D Printing Materials and Techniques for Antennas and Metamaterials: A survey of the latest advances. IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2022. V. 65. № 3. P. 10–20.
3. Chudpooti N. et al. An X-band portable 3D-printed lens antenna with integrated waveguide feed for microwave imaging. 2019 PhotonIcs & Electromagnetics Research Symposium-Spring (PIERS-Spring). IEEE. 2019. P. 487–492.
4. Allen J.W., Wu B.I. Design and fabrication of an RF GRIN lens using 3D printing technology. Terahertz, RF, Millimeter, and Submillimeter-Wave Technology and Applications VI, SPIE. 2013. V. 8624. P. 164–170.
5. Munina I. et al. A review of 3D printed gradient refractive index lens antennas. IEEE Access. 2023. V. 11. P. 8790–8809.
6. Theiß W. The use of effective medium theories in optical spectroscopy. Advances in Solid State Physics 33. 1993. P. 149–176.
7. Hoel K.V., Kristoffersen S. Characterization of variable density 3D printed materials for broadband GRIN lenses. 2017 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation & USNC/URSI National Radio Science Meeting. IEEE. 2017. P. 2643–2644.
8. Zhang S. et al. Ultra-wideband flat metamaterial GRIN lenses assisted with additive manufacturing technique. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2020. V. 69. № 7. P. 3788–3799.
9. Kaluza M., Walczakowski M., Siemion A. Exploring the Impact of 3D Printing Parameters on the THz Optical Characteristics of COC Material. Materials. 2024. V. 17. № 20. P. 5104.