本
文
摘
要
太赫兹波是人类迄今为止了解最少、开发最少的一个波段。
太赫兹频谱位置
●什么是太赫兹？
太赫兹是指频率在0.1THz~10THz(1THz
=10¹²Hz)范围的，波范围为3μm~3mm，
从频率上看，太赫兹波在微波与红外线之间，其波段与亚毫米波相重合，短波段与红外线相重合；从能量上看，太赫兹波在电子和光子之间。在电磁频谱上，太赫兹波段两侧的红外和微波技术已经非常成熟，但是太赫兹技术基本是个空白。
●太赫兹波的特性
瞬态性 太赫兹脉冲的典型脉宽在皮秒量级，可以很好的满足时间分辨的研究条件，并且能够有效抑制背景辐射噪声干扰。很多物理和化学过程，如能量传递和荧光寿命以及电子在水中溶剂化等，仅需10-8秒就能完成，只有在皮秒脉冲实现后才有可能及时地观察这些极快的过程。
宽带性 太赫兹脉冲通常包括若干个周期的电磁震荡，单个脉冲的频带可以覆盖从GHz至几十THz的范围，便于在大的光谱范围内对物质性质进行分析。例如大多数的爆炸性物质在太赫兹波段具有特征谱；许多超导材料、薄膜材料、半导体材料的声振动能级也落在太赫兹波段范围。
稳定性 太赫兹时域光谱系统对黑体辐射不敏感，在小于3THz范围内信噪比高达104:1，远远高于傅里叶变换红外光谱技术，而且其稳定性也更好。许多材料大分子振动光谱在太赫兹波段存在很多特征吸收峰，因此THz时域光谱技术是探测材料在THz波段信息的一种有效的手段。
相干性 太赫兹相干性由非线性光学差频变换产生，因此THz技术可以作为X射线的非电离和相干的互补辐射源，用于机场、车站等地点的安全监测。极性物质特别是水对太赫兹电磁辐射的吸收比较强，在太赫兹成像技术中，利用这一特性分辨生物组织的不同状态，比如动物组织中脂肪和肌肉的分布、诊断人体烧伤部位的损伤程度、植物叶片组织的水分含量分布等。
穿透性 太赫兹波能以很小的衰减穿透如纸张、布料、塑料等物质，太赫兹波甚至还可以穿透墙壁，它所得到的探测图像的分辨率和景深都有明显的增加。因此在对包装完全的物品进行质量监测方面以及安全检查等方面，太赫兹技术的应用前景十分广阔。
低能性 太赫兹光子的能量只有10-3eV，与X射线相比，不会因为电离而破坏被检测物质，因此太赫兹波适合对生物组织进行活体检查，例如利用太赫兹时域光谱技术研究酶的特性，进行DNA鉴别，替代X射线进行人体检查等，适合生物大分子与活性物质结构的研究。
●太赫兹技术应用研究方向
太赫兹成像技术 太赫兹波可以透过可见光和红外线所无法穿透的物质或材料，如塑料、陶瓷、绝热泡沫等，所以利用不同的太赫兹成像方式可以与可见光和X射线等成像技术互补。基于太赫兹的高透性和安全性，太赫兹波可透过包装材料进行安检成像。另外，太赫兹成像高分辨率、大景深、安全和无接触性等优点使其在材料研究、安检、医学成像、和军事成像等领域具有广泛的应用前景。
太赫兹波谱技术 太赫兹光谱中含有丰富的物理和化学信息，大多物质在太赫兹波段都有指纹谱，利用不同的太赫兹光谱技术可以研究物质在太赫兹波段的性质。主要应用领域有基础科学研究、空间观测、质量检测、军事国安全等。
太赫兹通信技术 太赫兹波段成为无线通信发展的重要频段，是通信发展的必然趋势。太赫兹通信是继微波和光通信之后的又一重要频段，被誉为新一代的无线革命。理论来讲，在通信领域里，频率越高通信容量就越大。太赫兹波的频率比目前使用的微波要高1~4个数量级，它能提供10Gbit/s以上的无线传输速率，这是微波无法达到的高度。因此它能解决信息传输受制于带宽的问题，也能满足用户对带宽的需求。其主要应用领域有室内局域无线通信、高速局域络通信、空间通信、保密通信等。日本电话公司(Nippon Telephone)和东京理工大学(Tokyo Institute of Technology)联合开发了一种用于无线前端的超高速集成电路，使用太赫兹(300GHz)频段，他们成功地开发出了世界上最快的每秒100千兆位的无线传输数据速率。
太赫兹军事应用 宽频太赫兹雷达能够对目标物体进行高分辨率的三维成像，而且它还能从光谱数据中提取出目标物成分的详细信息；在陆、海、空、天、电磁五维战场中，太赫兹都 可以对目标物进行对象识别。太赫兹的独特性能给军事通信（宽带通信）、雷达、电子对抗、电磁武器等领域带来深远的影响。
