現(xiàn)在談到紅外線、激光和微波等技術(shù)，相信大多數(shù)人都有所了解。不過，知道太赫茲技術(shù)的人卻寥寥無幾了。 那么，太赫茲技術(shù)到底是什么?有何種魅力吸引全球科學(xué)家的關(guān)注?今天就讓光電子博覽會(huì)給大家?guī)砜萍己鸵曈X結(jié)合的最強(qiáng)太赫茲技術(shù)展示!

　　太赫茲波段自從19世紀(jì)后期正式命名之后，收到歐美日中等多個(gè)國家的高度關(guān)注，各國紛紛將其入選改變世界的技術(shù)評(píng)比之中。 “太赫茲”是單位Terahertz的英譯，是指100 GHz～10 THz的電磁輻射(也有定義300GHz ～ 10 THz)，波長在0.03mm～3mm范圍， 如圖一所示，在電磁頻譜上，太赫茲波段兩側(cè)的紅外和微波技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟。

　　圖1： 太赫茲電磁波頻譜介紹 [Physics Inventions]

　　從19世紀(jì)后期太赫茲波段正式命名之后，涉及太赫茲波段的研究結(jié)果和數(shù)據(jù)卻非常稀少，在此頻段上，既不完全適合用光學(xué)理論來處理，也不完全適合微波的理論來研究，另外在很大程度上受限于有效的太赫茲源和探測器，因此這一波段一度被稱為Terahertz Gap“太赫茲鴻

　　2004年，美國政府將太赫茲技術(shù)評(píng)為 “改變未來世界的十大技術(shù)” 之一，DARPA(美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局)和NASA(美國國家航空與航天局)自2009年起均投入較大的資金和研發(fā)力量，進(jìn)行太赫茲組件及系統(tǒng)的研發(fā)。2005年，日本政府更是將太赫茲技術(shù)列為 “國家支柱十大重點(diǎn)戰(zhàn)略技術(shù)”之首。

　　回顧今天，隨著新技術(shù)和新材料的突破，有效太赫茲輻射源和探測器的相繼問世，太赫茲技術(shù)的研究和應(yīng)用才有了較快發(fā)展， 在醫(yī)療診斷、天文、物體成像、工業(yè)探傷、寬帶移動(dòng)通信，雷達(dá)探測等眾多領(lǐng)域顯示了重大的科學(xué)價(jià)值及實(shí)用前景。

　　近5年來低成本CMOS，新材料太赫茲技術(shù)的突破有望改變太赫茲技術(shù)僅在軍事，航天，高端醫(yī)療領(lǐng)域有較多應(yīng)用的現(xiàn)狀，讓太赫茲技術(shù)進(jìn)入民用消費(fèi)級(jí)電子市場。

　　太赫茲應(yīng)用

　　下面光電子博覽會(huì)結(jié)合太赫茲波段的電磁信號(hào)特點(diǎn)，向大家介紹一下太赫茲技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用。

　　太赫茲輻射是完全非電離的，由于能量較X射線低很多，對(duì)絕大部分的生物細(xì)胞無電離傷害，適合對(duì)活體生物或組織進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查。如皮膚燒傷或皮膚癌的早期診斷，口腔疾病診斷，活體DNA鑒別等。

　生物化學(xué)及環(huán)保天文

　　太赫茲頻譜覆蓋了這個(gè)有機(jī)大分子，包括蛋白質(zhì)在內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)和諧振頻率。許多大分子在太赫茲頻段表現(xiàn)出很強(qiáng)的吸收和諧振，形成具有生物特異性的太赫茲特征譜。另外，碳(C)， 水(H2O)，一氧化氮(NO)，氮(N2)， 氧(O2)等大量的分子也有各自的太赫茲特征譜。這些特征譜信息對(duì)于生物化學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)，以及大氣污染和天文探測有著很高的研究價(jià)值。

　　安全檢查

　　安全檢查應(yīng)該說是太赫茲現(xiàn)階段最吸引人的應(yīng)用，它的本質(zhì)是利用太赫茲電磁信號(hào)的穿透性和對(duì)金屬等特殊材料的強(qiáng)反射特性進(jìn)行實(shí)時(shí)快速透視成像，并且在達(dá)到成像目的的同時(shí)，不需要擔(dān)心X射線的電離傷害。太赫茲電磁信號(hào)能以較低的衰減穿透衣物，皮箱，陶瓷，硬紙板，塑料制品非極性材料等;而對(duì)于極性物質(zhì)比如水或金屬有強(qiáng)烈的吸收和反射。

　　太赫茲的成像解析度雖然比不上X射線，但足夠探測隱藏在衣物、鞋內(nèi)的刀具、槍械等物品。另外結(jié)合太赫茲對(duì)物質(zhì)鑒別的特性，能夠區(qū)分身上是否攜帶炸藥或毒品。便攜式的太赫茲安檢儀已經(jīng)處于后期研發(fā)測試階段，有希望在20cm外自動(dòng)快速檢測危險(xiǎn)物品，實(shí)時(shí)生成高清晰度三維圖像?？梢栽O(shè)想再過幾年，將在在機(jī)場火車站安裝大量太赫茲安檢設(shè)備。

　　無損檢測

　　無損檢測同樣是利用太赫茲電磁信號(hào)對(duì)大部分干燥、非金屬、非極性材料有較好的穿透能力，再結(jié)合各種成像技術(shù)，就可以對(duì)材料中的缺陷進(jìn)行詳細(xì)檢測。太赫茲無損檢測廣泛應(yīng)用于航天、雷達(dá)材料的檢測。介于太赫茲系統(tǒng)的小型化低成本話的趨勢，近年來越來越多的工業(yè)、民用產(chǎn)品流水線在配合太赫茲成像系統(tǒng)完成快速無損檢測。

　　大容量高保密的近距離通訊

　　大容量、高保密的寬帶近距離通信是太赫茲頻段的又一大應(yīng)用。雖然單就通信距離來看，由于太赫茲在空氣中傳播時(shí)很容易被水分所吸收，信號(hào)衰減嚴(yán)重，存在著傳輸距離的 “短板” 。但是，在某些情況下，有限的傳輸距離反而能成為優(yōu)勢。因?yàn)榇髿馑p能使信號(hào)根本無法傳播到遠(yuǎn)處的無線電技術(shù)監(jiān)聽設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)隱蔽安全的近距離通信。而100 GHz ～ 1 THz的超寬帶寬，是太赫茲通信的可用帶寬超過長波、中波、短波、微波 (30 GHz) 總的帶寬的1000倍。由于THz波的頻率比微波更高，波長很短，可以制成方向性很強(qiáng)，尺寸又小的天線，將大大減小發(fā)射功率，并減輕收發(fā)機(jī)相互之間的干擾。

　　焦點(diǎn)與前景

　　1、大功率太赫茲源。 高功率源對(duì)于太赫茲遠(yuǎn)距離成像、探測物質(zhì)內(nèi)部的高穿透波譜研究、太赫茲通信等至關(guān)重要。 但到目前為止, 低成本、小體積的高功率太赫茲源還沒有很好的解決方案, 需要持續(xù)研究, 以期獲得突破性進(jìn)展。 此外, 還應(yīng)發(fā)展太赫茲行波管、回旋管、速調(diào)管和返波管等高功率放大器。

　　2、太赫茲信號(hào)檢測。在太赫茲信號(hào)檢測方面, 近些年得到了長足的進(jìn)步, 許多技術(shù)的性能指標(biāo)已經(jīng)接近于其理論的極限, 但仍然很難滿足日益增長的需求。因此, 迫切需要探索新的檢測原理, 發(fā)現(xiàn)新的器件, 并且在此基礎(chǔ)上推進(jìn)大規(guī)模太赫茲檢測陣列的研究。

　　3、太赫茲固態(tài)器件與集成電路。 發(fā)展III/V 族半導(dǎo)體工藝, 開展元器件模型和電路設(shè)計(jì)方法的研究, 實(shí)現(xiàn)太赫茲器件與單片集成電路; 發(fā)展硅基集成電路工藝, 開展相應(yīng)元器件模型和電路設(shè)計(jì)方法的研究, 實(shí)現(xiàn)太赫茲器件與片上系統(tǒng)。

　　4、太赫茲新材料與無源元件。發(fā)展新的高精度加工工藝和新型太赫茲材料, 探索新的太赫茲無源元件工作機(jī)理, 研究新型低成本、低損耗、高集成度的太赫茲無源元件。 超高速太赫茲通信. 對(duì)于未來數(shù)據(jù)傳輸速率需要100 Gbps 甚至更高的場合, 研究超高速太赫茲通信技術(shù), 包括頻譜規(guī)劃、信道模型、系統(tǒng)架構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)等。

　　5、太赫茲測量技術(shù)與儀器。 伴隨著太赫茲波生成和檢測技術(shù)的成熟, 我國太赫茲儀器的研制也將拉開序幕. 太赫茲網(wǎng)絡(luò)分析儀, 太赫茲光譜儀等等對(duì)我國太赫茲領(lǐng)域的研制能力有著重要的支撐作用。

　　6、太赫茲交叉應(yīng)用領(lǐng)域。 目前太赫茲技術(shù)的主要研究領(lǐng)域在太赫茲成像, 主要集中在生物成像應(yīng)用. 太赫茲波可用于對(duì)一些與其波長可比的細(xì)胞、DNA 等的檢測. 研究太赫茲波與各種物質(zhì)之間的相互作用, 以期發(fā)現(xiàn)新的物理特性、化學(xué)變化等, 對(duì)生物醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)領(lǐng)域研究提供思路. 開發(fā)新的太赫茲技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)μ掌澕夹g(shù)的整體發(fā)展有著重要的推動(dòng)作用。

　　光博會(huì)帶你探索太赫茲技術(shù)到底有多牛?

　　如果您想要來了解更多關(guān)于太赫茲微納科學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，歡迎來參加第十一屆光電子中國博覽會(huì)，本屆展覽會(huì)在紅外微光技術(shù)及應(yīng)用主題展上也有介紹，是由中國光學(xué)工程學(xué)會(huì)主辦，是集光電子高新技術(shù)、軍民融合技術(shù)及裝備配套產(chǎn)品的專業(yè)展會(huì)。多年來得到中國科技部、各軍工集團(tuán)及科研院所的支持與認(rèn)可。

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　　來源：搜狐