太赫兹测试技术
来源：中国电子科技集团公司第四十一研究所
摘要：本文主要介绍基于毫米波向上扩展方式的THz测试技术，主要包括 THz 信号发生、THz 信号功率和频谱检测及矢量网络分析等相关仪器的实现方案和目前国内外达到的主要技术指标。
关键词：太赫兹（THz），测试与测量，仪器
一、引言
THz(TeraHertz)频段是指频率从十分之几到十几个THz，介于毫米波与红外光之间相当宽范围的电磁辐射区域，又称T射线(Terahertz-Ray)，是电子学与光学的交界处，无线电物理领域称其为亚毫米波(SMMW，Sub-Millimeter Wave)，而光学领域则习惯称之为远红外辐射(FIR，
Far-Infra-Red)，长期以来，由于缺乏有效的THz辐射产生和检测方法，人们对于该波段电磁辐射性质的了解非常有限，以致于该波段被称为电磁波谱中的THz空隙。该波段也是电磁波谱中有待进行全面研究的最后一个频率窗口。THz电磁波及其应用技术已经成为科学界的“热点”领域。它在物体成像、环境监测、医疗诊断、射电天文等方面具有重大的科学价值和广阔的应用前景。
测试与测量技术是科学研究的基础，THz测试与测量仪器设备因技术难度大，发展相对缓慢，造成了THz技术研究相对滞后。在THz测试技术中首先要解决的是THz电磁信号的发生技术、THz 电磁信号的频率和功率检测技术，并以此为基础的大动态网络参数测试技术，这也是THz技术研究领域的最前沿问题。
THz信号的发生和接收有两种发展方向，一种是从红外往下扩展，一种是从毫米波向上扩展，一般红外向下扩展方式产生的THz信号具有输出功率高、频率高的特点，但是分辨率较低；毫米波向上扩展方式产生的THz信号输出功率小，频率上限也稍低，但是分辨率高，本文主要讨论的是基于毫米波向上扩展方式的THz测试技术，因此内容主要涉及到THz的频率低端。
二、THz 电磁波信号的产生技术
图1 中国电科41所THz倍频源
测试仪器的THz电磁波信号产生，一般分为基于光子学的THz信号发生方法和电子学的THz信号发生方法。基于光子学的方法有：自由电子激光器、电光晶体THz脉冲源、瞬时光电导产生THz 电磁脉冲等。基于光子学的THz信号发生器，具有频带宽（从0.1THz至30THz），输出功率较大（连续波输出功率可达到百毫瓦量级）的特性，但频率分辨率相对较低（GHz到MHz量级）；
基于电子学的THz信号发生器主要包括返波管直接基波振荡器和基于微波信号发生的肖特基二极管倍频器。基于电子学的THz信号发生器最高频率达到1.9THz，返波管基波振荡器输出功率达到毫瓦量级，输出频谱纯度高（杂散可达到-60dBc）；基于微波信号发生器，通过肖特基二极管倍频的THz信号源，输出功率相对较小（与同频段返波管小10dB左右），但其具有体积小，结构紧凑，使用方便等优势。图1是中国电科41所基于倍频方案的THz 信号发生器实物图，图2和图3是1mm频段倍频源典型输出功率实测曲线。
图2 AV82406C信号源输出功率
图3 AV82406D信号源输出功率
三、THz 电磁波信号的检测技术
THz电磁波信号的检测主要方法有：用飞秒激光取样的电光晶体探测器。探测光束在Pockels 效应下被THz脉冲电场调制，同时THz时域波形被复制到展宽的探测光频域谱上，信号被光电二极管接受并检测。使用飞秒激光触发的电光晶体探测器的显著特点是具有极宽的频谱响应和非常高的测量信噪比，适合于成像测量，缺点是装置比较复杂，价格昂贵。超导SIS （Superconductor-Insulator-Superconductor）混频检测器。SIS 探测器以光子辅助隧穿机制
为理论基础，探测频率范围约为0.1THz～1.2THz，需要在液氦温度下工作。此外，在室温环境下，半导体结构也是可以使用的，平面的肖特基二极管已经在2.5THz被成功应用在空间技术中。作为测试仪器的THz功率测量设备主要基于热电效应的太赫兹光功率测试探测器。
图4 THz12D-3S-VP功率测试系统
图5 ERICKSON公司PM4功率计
Gentec-EO公司研制的太赫兹光功率测试探测器主要代表产品是THz 12D-3S-VP 探测器，该探测器基于温差电效应响应太赫兹光，探测器将光信号转换为电信号之后，通过控制器与PC机相连，在PC机上实时输出太赫兹光功率，如图4所示。频率范围达到0.1～30THz，最小测量功率为
-40dBm；图5是ERICKSON公司PM4功率计，测试频率范围：80-1100GHz，功率测试范围为
1uW-200mW。中国电科41所研发了基于肖特基二极管的检波式系列功率探头（如图6所示），相对热电式探头，其相应速度更快，稳定性更好，主要技术指标如表1所示。
表1：中国电科41所THz功率探讨主要技术指标
四、THz 电磁频谱分析技术
THz 频谱分析大多数采用微波毫米波频谱分析仪加下混频模块来实现，早期的混频模块直接利用微波频谱分析仪的本振（一般都低于20GHz），高次谐波混频，如图7所示，其优点是：混频模块简单，体积小，方便与被测件连接，缺点是：变频损耗大，灵敏度低，在显示器中出现的假谱众多（如图8a所示），不容易识别被测信号的真实频率。
图 7 采用高次谐波混频的 THz 频谱分析系统
中国电科对微波频谱分析仪的本振进行多次倍频放大，降低谐波混频次数，不仅大大降低变频损耗，提高THz频谱分析系统的灵敏度，另外，中国电科41所推出了假谱识别选件，通过一键操作，可以使得显示屏上的假谱大大减少（如图8b所示），给操作者带来极大方便。
图8 THz测试频谱显示图
五、THz 网络分析仪
THz 矢量网络分析仪利用矢量网络分析仪主机+扩频控制机+S参数测试模块组成，原理框图如图11所示。矢量网络分析仪扩频控制机对来自微波矢量网络分析仪主机的射频与本振信号进行功率放大稳幅并功分后分别送两个S参数测试模块，射频激励信号在S参数测试模块中由多级放大倍频，产生 THz 信号，定向耦合器实现THz波参考信号与测试信号的分离。THz 参考信号由混频器下变频为中频信号，通过矢量网络分析仪扩频控制机放大后输入至矢量网络分析仪主机作为参考中频信号和传输中频信号，完成正向中频信号的提取。主机对全部中频信号进行处理，检测出信号的幅值和相位的信息及相关比值。THz S参数测试系统实物如图12所示。该系统具有组成方式灵活、通用化较好的优点。图13和图14是中国电科41所开发的1mm矢量网络分析仪的动态范围实测曲线。
图11 THz 矢量网络分析仪系统构成
图12 THz矢量网络分析仪系统照片
图13 0.22THz矢网的动态范围指标
图14 0.325THz矢网的动态范围指标
中国电科41所推出系列化THz矢量网络分析仪最高频率可达到325GHz，动态范围达到90dB以上。1mm频段的动态范围典型测试曲线如图13和14所示。
太赫兹通信技术分析 摘要：太赫兹通信技术为6G通信技术之一，相较于现有的通信技术，其可支持 超大宽带资源和超高通信速率。随着5G技术推广深入，以太赫兹通信技术为代 表的6G技术研究也进入快车道，为此本文对太赫兹通信技术特点进行总结介绍，分析该通信技术的体系构成，并对其未来发展做前瞻分析，意在丰富太赫兹通信 技术研究理论，供相关工作的开展借鉴参考。 关键词：太赫兹通信技术；6G通信技术；超高通信速率 引言：世界首届6G无线峰会在芬兰举行，整合赴会专家学者提出的观点，形成适用于 全球范围的6G白皮书，标志着6G技术研究已迈入全球化研究阶段。为适应技术发展形势， 我国也于2019年11月举办6G技术研究启动仪式，同时组建相应的技术科研及推进小组， 全面启动6G技术研究项目。6G技术为通信领域发展的大势所趋，有必要以太赫兹通信技术 为代表对其特点和技术体系进行分析。 1太赫兹通信技术特点分析 预计在2022年，全球物联网设备保有量将达到290亿，届时对移动通信网络信息传 输效率及稳定性产生更高的要求。现阶段受窄带宽的影响，信息传输想要突破100Gbit/s已 非常困难，想要达到太比特每秒的级别就更加不可能实现。打破该局面的最好方式即引入更 高的载波速率进行信道宽带扩充，以满足移动智能通信设备爆发式增长带来的信息传输容量 需求。太赫兹频段带宽可达到0.1～10THz，介于微波和红外波段之间，较毫米波的带宽高1 个数量级别，使其受到广泛关注，并成为未来移动通信技术发展的重点方向。总结而言，太 赫兹通信技术存在如下特点： 1.1超高的通信速率 目前的5G通信技术高频毫米波支持的最大带宽在800MHz，在全球范围内，实验室测得 的最高下行峰值速率为10Gbit/s，但随着移动通信需求的增加，该通信速率也将承受巨大的 运行压力，需要实现超高通信速率。 超高通信速率以超大带宽为基础，相较于当前较为成熟的微波频段，太赫兹频段所能提 供的频率资源更为丰富，负载工况下，其带宽最高可达到几十GHz。在国内，已经被实验证 实的太赫兹通信系统工作带宽也达到2GHz以上，该带宽已经超过目前5G技术所能提供的最 大带宽[1]。 丰富的超大带宽资源使得太赫兹通信系统能够稳定支持超高通信速率，例如当频段不超 过300GHz时，其可支持的最高通信速率即可达到100Gbit/s。随着该技术研究的进一步深入，其通信速率有望达到太比特级别。在当前移动通信需求发展形势之下，超高通信速率已成为 太赫兹通信技术最具竞争力的技术优势。 1.2支持大规模天线 大规模天线阵列同为5G技术的突出特点，且在高频段毫米波当中，其优势作用更为 明显。相较于毫米波，太赫兹频段频率远远更高，随频率上升，天线的尺寸可逐渐缩小，2019年提出的全球6G白皮书中也指出，当频段达到250GHz时，每4cm2面积内可安装的天 线数量及达到千级。因太赫兹频段的传播损耗较高，未来该通信系统很可能会与超大规模天 线技术相结合，以实现对室外空间的大面积覆盖及远距离稳定通信。 1.3较大的通信损耗
太赫兹(THz)技术 一、基本概念 (1) 1. 太赫兹波 (1) 2. 太赫兹波的特点 (1) 二、国内外研究现状 (2) 1. 美国 (3) 2. 欧洲 (3) 3. 亚洲 (3) 三、太赫兹技术的应用 (4) 1. 太赫兹雷达和成像 (4) 2. 太赫兹通信 (5) 3. 太赫兹安全检查 (6) 4. 太赫兹无损检测 (7) 5. 环境探测 (7) 6. 生物医学 (8) 7. 天文观测 (8) 8. 材料特性的研究 (9) 四、太赫兹技术的研究内容 (9) 1. 太赫兹辐射源 (9) 2. 太赫兹波段信号的探测 (10) 3. 太赫兹功能器件 (10) 五、我们能做些什么 (10)
一、基本概念 1.太赫兹波 太赫兹(Terahertz)一词是弗莱明(Fleming)于1974年首次提出的，用来描述迈克尔逊干涉仪的光谱线频率范围。太赫兹(THz, 1THz=1012Hz)频段是指频率从十分之几到十几太赫兹，介于毫米波与红外光之间相当宽范围的电磁辐射区域。THz波又被称为T射线，在频域上处于宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，在电子学向光子学的过渡区域。长期以来由于缺乏有效的THz辐射产生和检测方法，对于该波段的了解有限，使得THz成为电磁波谱中最后一个未被全面研究的频率窗口，被称为电磁波谱中的“太赫兹空隙”（Terahertz Gap）。 2.太赫兹波的特点 THz波具有很多独特的性质。从频谱上看，THz 辐射在电磁波谱中介于微波与红外辐射之间；在电子学领域， THz辐射被称为毫米波或亚毫米波；在光学领域，它又被称为远红外射线；从能量上看, THz波段的能量介于电子和光子之间。 THz的特殊电磁波谱位置赋予它很多优越的特性，有非常重要的学术价值和应用价值，得到了全世界各国研究人员的极大关注。 THz 波的频率范围处于电子学与光子学的交叉区域。在长波方向，它与毫米波有重叠，在短波方向，它与红外线有重叠。在频域上， THz处于宏观经典理论向微观量子理论的过渡区。由于其所处的特殊位置，THz波表现出一系列不同于其他电磁辐射的特殊性质： 1)THz脉冲的典型脉宽在亚皮秒量级，不但可以方便地对各种材料进行亚皮秒、飞秒时间分辨的瞬态光谱研究，而且通过取样测量技术，能够有效地抑制背景辐射噪音的干扰，得到具有很高信噪比(大于) THz电磁波时域谱，并且具有对黑
第十四章太赫兹通信 太赫兹作为微波和毫米波的延伸，它所提供的通信带宽要远远大于毫米波。随着太赫兹辐射源和探测器的发展，以及太赫兹调制器和滤波器的问世，促进了太赫兹在通信领域的发展应用。可以预测在不远的将来太赫兹波技术将会在近距离通信（10m到100m以内）方面发挥出越来越大的作用。 14.1 太赫兹通信 “太赫兹通信”时代意味着：（1）每秒的有效数据传输率超过1T比特（通过光学载波技术）；（2）太赫兹载波通信。尽管点对点的光通信技术在光波长量级能得到极宽的带宽，但太赫兹通信的魅力更让人神往，如可用的太赫兹频带和通信带宽。目前美国联邦通信委员会还未对高于300GHz的频率进行分配，美国频率分配图如图14-1所示。从图中可以看到当时制定它时，根本都没有考虑太赫兹波段，从而也就没有对其进行分配。现在太赫兹通信仍处在发展的初级阶段，而且这一频段的数据传输直到近几年才得以实现。 图 14-1 美国通信委员会制定的频谱分配图 14.1.1 宽带通信和高速信息网 太赫兹用于通信可以获得10GB/s的无线传输速度，这比当前的超宽带技术快几百甚至1000倍之多，而且与可见光和红外相比它同时具有极高的方向性以及较强的云雾穿透能力。这就使得太赫兹通信可以以极高的带宽进行高保密卫星通信。 由于太赫兹频段位于红外线和高频无线电（主要用于移动电话和其他无线通信系统之中）之间，并且该频率是目前手机通信频率的1000倍左右，所以它是很好的宽带信息载体，特别适合作卫星间、星地间及局域网的宽带移动通信。因此利用
太赫兹电磁波进行无线电通信，则可以极大地增宽无线电通信网络的频带，可望使无线移动高速信息网络成为现实。工作在太赫兹频段的自由空间光（FSO）通讯系统可以将无线电波和可见光的优点结合起来，在浓雾天气中也可以高速传输数据。目前，该频段的光通讯设备还在研制阶段。 14.1.2 高速短距离无线通信 德国的研究人员首先发现利用太赫兹波可以传送音频信号。这将促使新型高速、短程无线通信网路的建立。随着无线通信网络对高速的要求越来越迫切，研究人员正在试图将频率往更高波段延伸，比如说太赫兹波段。太赫兹波在空气中传播时很容易被其中的水分所吸收，因此它比较适合于短距离通信。有专家预言，在不远的将来无线太赫兹网络将会取代无线局域网或蓝牙技术，成为短距离无线通信的主流技术。而且德国的布伦瑞克（Braunschweig）工业大学已经建立了能够在室温条件下工作的新型半导体太赫兹调制器，研究人员将这一调制器与可调太赫兹时域光谱系统结合了起来，利用太赫兹宽脉冲，以75MHz的重复率来传输频率高于25kHz的音频信号。利用这一系统可以传输一张CD上的音乐，据称在另一端接收到的音乐的质量和通过电话听到的音乐的质量不相上下。 14.1.3 太赫兹空间通信 太赫兹在350μm、450μm、620μm、735μm和870μm波长附近存在着相对透明的大气窗口。与微波通信相比，太赫兹波束较窄，波束方向性好，可以实现外差接收，可以作定点保密通信或作宽频带、大容量的通信系统，因此，是将来用于多媒体传输大容量无线通信的希望。在外层空间，太赫兹波可以无损耗的传输，用很小的功率就可实现远距离通信，而且相对于光谱通信来说，其波束较宽，容易对准，量子噪声较低，天线系统可以实现小型化、平面化。另外，太赫兹波在空间技术上的另一个重要应用就是与重返大气层的飞行器如导弹、人造卫星、宇宙飞船等进行通信和遥测。当飞行器重返大气层时，由于空气摩擦产生高温，飞行器周围的空气被电离形成等离子体，使通信遥测信号迅速衰减，造成信号中断。此时，太赫兹波是唯一有效的通信工具。因为等离子体中的电子在其平衡位置上以一个特征频率f p 作振动，它随电子数密度N e的增加而增大。当工作频率f > f p时，等离子体可看作时低耗介质，电磁波可以透过它。当飞行器重返大气层时，其周围浓密的等离子体
太赫兹测试技术 来源：中国电子科技集团公司第四十一研究所 摘要：本文主要介绍基于毫米波向上扩展方式的THz测试技术，主要包括 THz 信号发生、THz 信号功率和频谱检测及矢量网络分析等相关仪器的实现方案和目前国内外达到的主要技术指标。 关键词：太赫兹（THz），测试与测量，仪器 一、引言 THz(TeraHertz)频段是指频率从十分之几到十几个THz，介于毫米波与红外光之间相当宽范围的电磁辐射区域，又称T射线(Terahertz-Ray)，是电子学与光学的交界处，无线电物理领域称其为亚毫米波(SMMW，Sub-Millimeter Wave)，而光学领域则习惯称之为远红外辐射(FIR， Far-Infra-Red)，长期以来，由于缺乏有效的THz辐射产生和检测方法，人们对于该波段电磁辐射性质的了解非常有限，以致于该波段被称为电磁波谱中的THz空隙。该波段也是电磁波谱中有待进行全面研究的最后一个频率窗口。THz电磁波及其应用技术已经成为科学界的“热点”领域。它在物体成像、环境监测、医疗诊断、射电天文等方面具有重大的科学价值和广阔的应用前景。 测试与测量技术是科学研究的基础，THz测试与测量仪器设备因技术难度大，发展相对缓慢，造成了THz技术研究相对滞后。在THz测试技术中首先要解决的是THz电磁信号的发生技术、THz 电磁信号的频率和功率检测技术，并以此为基础的大动态网络参数测试技术，这也是THz技术研究领域的最前沿问题。 THz信号的发生和接收有两种发展方向，一种是从红外往下扩展，一种是从毫米波向上扩展，一般红外向下扩展方式产生的THz信号具有输出功率高、频率高的特点，但是分辨率较低；毫米波向上扩展方式产生的THz信号输出功率小，频率上限也稍低，但是分辨率高，本文主要讨论的是基于毫米波向上扩展方式的THz测试技术，因此内容主要涉及到THz的频率低端。
太赫兹技术及其应用概述 来源：互联网 太赫兹技术（T-RAY）是指利用太赫兹波的技术,所谓的太赫兹科学，就是研究电滋波中的某一段，但这段电滋波能“看透”许多东西。100多年前，在红外天文学上人们曾提到太赫兹，但在科研和民用方面很少有人触及。在微波、可见光、红外等技术被广泛应用的情况下，太赫兹发展滞后的主要原因在于缺少探测器和发射源，直到近10几年，随着科研手段的提高，人们在这一领域的研究才有了较大发展。目前人类对太赫兹的研究已发展成为一个新的领域，研究太赫兹的单位也从20年前的3个发展到全世界的200多个。 太赫兹波指的是频率在0.1THz~10.0THz范围的电磁波。它具有很多优异的性质，被美国评为“改变未来世界的十大技术”之一。太赫兹波谱学、太赫兹成像和太赫兹通信是当前研究的三大方向。在安全检查、无损探测、天体物理、生物、医学、大气物理、环境生态以及军事科学等诸多科学领域有着重要的应用。具有极高截止频率的肖特基二极管能够在室温下实现太赫兹波的混频、探测和倍频，是太赫兹核心技术之一；此外，在低损耗的衬底上实现太赫兹电路是太赫兹技术得以实现的基础。 太赫兹波是频率范围在0.1T至10THz(波长在3mm至30um)的电磁频谱，它介于毫米波与远红外光之间，是至今人类尚未充分认知和利用的频谱资源，有望对通信(宽带通信)、雷达、电子对抗、电磁武器、安全检查等领域带来深刻变革。 太赫兹的独特性能给通信(宽带通信)、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学成像(无标记的基因检查、细胞水平的成像)、无损检测、安全检查(生化物的检查)等领域带来了深远的影响。由于太赫兹的频率很高，所以其空间分辨率也很高;又由于它的脉冲很短(皮秒量级)所以具有很高的时间分辨率。太赫兹成像技术和太赫兹波谱技术由此构成了太赫兹应用的两个主要关键技术。同时，由于太赫兹能量很小，不会对物质产生破坏作用，所以与X射线相比更具有优势。另外，由于生物大分子的振动和转动频率的共振频率均在太赫兹波段，因此太赫兹在粮食选种，优良菌种的选择等农业和食品加工行业有着良好的应用前景。太赫兹的应用仍然在不断的开发研究当中，其广袤的科学前景为世界所公认。 经过近十几年来的研究，国际科技界公认，THz科学技术是一个非常重要的交叉前沿领域。由于THz的频率很高（波长比微波小1000陪以上），所以其空间分辨率很高。又由于
太赫兹（Terahertz，缩写为THz）是频率单位, 1太赫兹等于1012赫兹。太赫兹波是指频率0.1～10太赫兹、介于毫米波和红外线之间的电磁波。太赫兹科学技术泛指直接研究和应用太赫兹波本身，以及利用太赫兹波研究开发的所有理论和应用，是一个非常重要、尚未开发的前沿领域。 太赫兹技术之所以具有特别的吸引力，是由于太赫兹辐射的如下特点：约50%的宇宙空间光子能量、大量星际分子的特征谱线在太赫兹范围内；大量有机分子转动和振动跃迁、半导体的子带和微带能量在太赫兹范围内；太赫兹辐射能穿透非金属和非极性材料，穿透烟雾和浮尘；太赫兹光子能量小，不会引起生物组织的光致电离。因此，太赫兹技术在物体成像、环境监测、医疗诊断、射线天文、宽带通信、雷达等领域具有重大的科学价值和广阔的应用前景。 在世界范围，太赫兹辐射物理及其应用研究方兴未艾。包括美国国防部、航空航天局在内，全世界已有100多个机构在从事相关研究，例如，日本政府把太赫兹技术确立为“国家支柱技术十大重点战略目标之首”予以支持。由于信息化武器装备的工作频段逐步从微波及可见光区域向太赫兹波段延伸，太赫兹科学技术在军事上的重要性不言而喻。谁优先掌握这一重要频段的相关技术，谁就有可能在军事上领先一个时代。我们应该抓住太赫兹科学技术刚刚起步的机遇，不失时机地加速开展太赫兹领域的理 太赫兹科学技术的军事应用 张振伟 牧凯军 张存林 论与应用研究，为我国的经济发展和国防建设做出贡献。 太赫兹波在军事上的优势 太赫兹波的频率介于微波与红外之间，因此太 赫兹系统兼顾电子学系统和光学系统的优势。作为 美国能源部的宣传页，从中可以一窥太赫兹技术的概貌。 电磁波谱图，注意太赫兹波段的位置。
太赫兹简介及特点和应用 嘉兆科技 THz波（太赫兹波）或成为THz射线（太赫兹射线）是从上个世纪80年代中后期，才被正式命名的，在此以前科学家们将统称为远红外射线。太赫兹波是指频率在0.1THz到10THz范围的电磁波，波长大概在0.03到3mm范围，介于微波与红外之间。实际上，早在一百年前，就有科学工作者涉及过这一波段。在1896年和1897年，Rubens和Nichols就涉及到这一波段，红外光谱到达9um（0.009mm）和20um （0.02mm），之后又有到达50um的记载。之后的近百年时间，远红外技术取得了许多成果，并且已经产业化。但是涉及太赫兹波段的研究结果和数据非常少，主要是受到有效太赫兹产生源和灵敏探测器的限制，因此这一波段也被称为THz间隙。 随着80年代一系列新技术、新材料的发展，特别是超快技术的发展，使得获得宽带稳定的脉冲THz源成为一种准常规技术，THz技术得以迅速发展，并在实际范围内掀起一股THz研究热潮。2004年，美国政府将THz科技评为“改变未来世界的十大技术”之四，而日本于2005年1月8日更是将THz技术列为“国家支柱十大重点战略目标”之首，举全国之力进行研发。我国政府在2005年11月专门召开了“香山科技会议”，邀请国内多位在THz研究领域有影响的院士专门讨论我国THz事业的发展方向，并制定了我国THz技术的发展规划。另外，美国、欧洲、亚洲、澳大利亚等许多国家和地区政府、机构、企业、大学和研究机构纷纷投入到THz的研发热潮之中。THz研究领域的开拓者之一，美国著名学者张希成博士称：“Next ray，T-Ray ！” 目前国内已经有多家研究机构开展太赫兹领域的相关研究，其中首都师范大学，是入手较早，投入较大的一家，并且在毒品和炸药太赫兹光谱、成像和识别方面，利用太赫兹对非极性航天材料内部缺陷进行无损检测方面做出了许多开拓性的工作，同时由于太赫兹射线在安全检查方面的独特优势，首都师范大学太赫兹实验室正集中力量研发能够用于实景测试的安检原型设备。 目前，国际上对太赫兹辐射已达成如下共识，即太赫兹是一种新的、有很多独特优点的辐射源；太赫兹技术是一个非常重要的交叉前沿领域，给技术创新、国民经济发展和国家安全提供了一个非常诱人的机遇。
赫兹成像技术检测复合材料 摘要:目的–本文的目的是提出了各种情况下的复合材料的太赫兹成像技术的能力，也提出了一种新的缺陷检测算法。方法–本文首先讨论了应用在复合材料检测的太赫兹技术。然后介绍了太赫兹辐射源（光电导天线）和太赫兹时域成像系统的一般结构。接下来得到了复合防腐涂层、玻璃和增强碳纤维层合板的太赫兹成像结果。然后提出了信号处理和基于时域识别方案和A扫描信号的均衡和C扫描阈值方法。这样处理后的数据,被参数化与缺陷识别数据库做准备。所提出的方法使用玻璃纤维层压板分层示范性的检验结果进行了验证。最后，对太赫兹时域检测和低能量的数字射线照相做了对比。结果–说明太赫兹成像技术适合于复合材料结构的检验。得到了复合防腐涂层、玻璃和增强碳纤维层合板的太赫兹成像结果。提出了信号处理算法的应用能够准确的缺陷检测和有效的数据收集识别数据库的目的。结论–本文洞察各种复合结构的太赫兹成像的可能性，提出的信号处理和缺陷检测方案适用于广泛的复合材料结构。 关键词无损检测、复合材料、图像处理、信号处理 1.引言 复合材料具有高耐腐蚀、足够的刚度和高强度重量比的特性，所以在现代工业得到广泛使用。复合材料应用在风力涡轮机、坦克、汽车、海洋和航空结构。超声波、涡流法、微波技术、光学方法和温度记录是常用的对复合材料进行无损检测的技术。由于异构结构的复合材料(多层性质和纤维波纹)中发现的缺陷不同于金属中的缺陷。断层的探测和识别使得任务更加复杂。先进的无损检测技术如太赫兹光谱或低能量数码摄影(DR)成为可能非常精确表征缺陷位置,因为高空间分辨率。特别是,太赫兹技术能够评估复合材料层合板的内部分层。 2.太赫兹技术用于检查复合材料 太赫兹电磁辐射能够非侵入式的、非电离和非接触式的检测介质材料,如:塑料、枯木、炸药陶瓷、泡沫材料和复合材料,尤其是不导电的增强纤维。T-Rays对折射率敏感。任何影响折射率的缺陷都可以观察到，比如： 。空隙; 。分层; 。夹杂物; 。非均质分布材料(纤维/基体分布); 。表面粗糙度; 。纤维波纹; 。内部层之间的分层(在分层结构) 在大多数情况下,缺陷是基于脉冲太赫兹时域光谱(TDS)反射和透射成像被检测的。该方法非常适合评估分层材料。每个不同层之间引起入射太赫兹脉冲的反射和衰减的传播。传播脉冲和它们的回声(延迟层反射)延迟的差异能够表征厚度特征和内部结构的状态。非常短的脉冲(皮秒)包含宽的频率带宽(0.05-3太赫兹),因此,有可能把一个单点宽带测量。太赫兹TDS 系统的主要组件: 。两个传感器(发射机和接收机); 。超快速激光; 。光学延迟线。
射电天文及太赫兹技术的应用与发展 目录： 1. 射电天文学的介绍； 2. 太赫兹波段的特点； 3. 太赫兹科学技术与应用发展； 4. 高度灵敏探测技术和超导技术的发展； 5. SMA及ALMA计划，后端频谱处理技术，南极天文台太赫兹望远镜计划介绍。 摘要：射电天文学理论认为由于地球大气的阻拦，从天体来的无线电波只有波长约1毫米到30米左右的才能到达地面，绝大部分的射电天文研究都是在这个波段内进行的。射电天文学以无线电接收技术为观测手段，观测的对象遍及所有天体：从近处的太阳系天体到银河系中的各种对象，直到极其遥远的银河系以外的目标。在宇宙中，大量的物质在发出THz电磁波。炭（C）、水（H2O）、一氧化碳（CO）、氮 （N2）、氧（O2）等大量的分子可以在THz频段进行探测。而这些物质在应用THz 技术以前一部分根本无法探测而另一部分只能在海拔很高或者月球表面才可以探测到。 关键词：射电天文太赫兹超导 正文： 一：射电天文： 对于研究射电天体来说，测到它的无线电波只是一个最基本的要求。人们还可以应用颇为简单的原理，制造出射电频谱仪和射电偏振计，用以测量天体的射电频谱和偏振。研究射电天体的进一步的要求是精测它的位置和描绘它的图像。一般说来，只有把射电天体的位置测准到几角秒，才能够较好地在光学照片上认出它所对应的天体，从而深入了解它的性质。为此，就必须把射电望远镜造得很大，比如说，大到好几公里。这必然会带来机械制造上很大的困难。因此，人们曾认为射电天文在测位和成像上难以与光学天文相比。可是，五十年代以后，射电望远镜的发展，特别是射电干涉仪（由两面射电望远镜放在一定距离上组成的系统）的发展，使测量射电天体位置的精度稳步提高。五十年代到六十年代前期，在英国剑桥，利用许多具射电干涉仪构成了“综合孔径”，系统，并且用这种系统首次有效地描绘了天体的精细射电图像。接着，荷兰、美国、澳大利亚等国也相继发展了这种设备。到七十年代后期，工作在短厘米波段的综合孔径系统所取得的天体射电图像细节精度已达2″，可与地面上的光学望远镜拍摄的照片媲美。射电干涉仪的应用还导致了六十年代末甚长基线干涉仪的发明。这种干涉仪的两面射电望远镜之间，距离长达几千公里，乃至上万公里。用它测量射电天体的位置，已能达到千分之几角秒的精度。七十年代中，在美国完成了多具甚长基线干涉仪的组合观测，不断取得重要的结果。
太赫兹技术 太赫兹辐射是0.1~10THz的电磁辐射，从频率上看，在无线电波和光波，毫米波和红外线之间；从能量上看，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上还是一个空白，其原因是在此频段上，既不完全适合用光学理论来处理，也不完全适合微波的理论来研究。太赫兹系统在半导体材料、高温超导材料的性质研究、断层成像技术、无标记的基因检查、细胞水平的成像、化学和生物的检查，以及宽带通信、微波定向等许多领域有广泛的应用。研究该频段的辐射源不仅将推动理论研究工作的重大发展，而且对固态电子学和电路技术也将提出重大挑战。 太赫兹介绍 可以预料，太赫兹技术将是21世纪重大的新兴科学技术领域之一。 随着THz科技的发展，它在物理、化学、电子信息、生命科学、材料科学、天文学、大气与环境监测、通讯雷达、国家安全与反恐、等多个重要领域具有的独特优越性和巨大的应用前景逐渐显露。太赫兹波的传输是太赫兹波通信系统研究中的一个重要组成部分，由于太赫兹波在自由空间中的传输损耗很大，从某种意义上说很难对它加以引导和控制。为了克服这个困难，急需可以传播太赫兹波的波导[1] 。 太赫兹技术被美国评为“改变未来世界的十大技术”之一，被日
本列为“国家支柱十大重点战略目标”之首。太赫兹泛指频率在0.1～10太赫兹波段内的电磁波，处于宏观经典理论向微观量子理论、电子学向光子学的过渡区域。频率上它要高于微波，低于红外线；能量大小则在电子和光子之间。由于此交叉过渡区，既不完全适合用光学理论来处理，也不完全适合用微波的理论来研究。所以，上世纪九十年代以前，一度被人“遗忘”，也因此被称为“太赫兹空白”。 当前，各国纷纷加快了针对这唯一没有获得充分研究波段的探索，掀起一股研究太赫兹的热潮。那么，作为第五维战场空间的“拓展者”，太赫兹在军事领域具体有哪些应用？让我们走近一探究竟。太赫兹成像 远距离穿墙术，铸就反恐作战新利器。 如果问一下驻伊美军最怕的是什么，那答案肯定是路边炸弹，防不胜防的路边炸弹，成了驻伊美军不寒而栗的“头号杀手”，以至于让美国海军陆战队司令迈克尔·哈吉认为：“这种相对低级的武器将成为未来战争的一个标志。”在美军撤离伊拉克之前路边炸弹造成的伤亡一度不绝于耳。与此同时，不断发生的细菌邮件、包裹炸弹和自杀式袭击也令人神经紧绷。似乎在传统威胁面前，高新技术也无能为力，事实真是如此吗？太赫兹的穿墙透视能力或许能够扭转这种被动局面。 太赫兹的频率很高、波长很短，具有很高的时域频谱信噪比，且在浓烟、沙尘环境中传输损耗很少，可以穿透墙体对房屋内部进行扫描，是复杂战场环境下寻敌成像的理想技术。未来城市及反恐作战中，
太赫兹技术各种应用 “Terahcrtz”一词是弗莱明（Fletning）于1974年首次提出的，用来描述迈克尔逊干涉仪的光谱线频率范围。太赫兹频段是指频率从十分之几到十几太赫兹，介于毫米波与红外光之间相当宽范围的电磁辐射区域，THz波又被称为T-射线，在频域上处于宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，在电子学向光子学的过渡区域，长期以来由于缺乏有效的THz辐射产生和检测方法，对于该波段的了解有限，使得THz成为电磁波谱中最后一个未被全面研究的频率窗口，被称为电磁波谱中的“太赫兹空隙（THzGap）” THz波具有很多独特的性质，从频谱上看，THz辐射在电磁波谱中介于微波与红外辐射之间；在电子学领域，THz辐射被称为毫米波或亚毫米波；在光学领域，它又被称为远红外射线，从能量上看，THz波段的能量介于电子和光子之间。THz的特殊电磁波谱位置赋予它很多优越的特性，有非常重要的学术价值和应用价值，得到了全世界各国研究人员的极大关注，美国、欧洲和日本尤为重视。2004年美国技术评论（TechonlogyReview）评选“改变未来世界十大技术”时，将THz技术作为其中的紧迫技术之一。2005年日本政府公布了国家10大支柱技术发展战略规划，THz位列首位。 一、THz波的特性 THz波的频率范围处于电子学与光子学的交叉区域.在长波方向，它与毫米波有重叠；在短波方向，它与红外线有重叠；在频域上，THz处于宏观经典理论向微观量子理论的过渡区。由于其所处的特殊位置，THz波表现出一系列不同于其他电磁辐射的特殊性质： 1、THz脉冲的典型脉宽在亚皮秒量级，不但可以方便地对各种材料进行亚皮秒、飞秒时间分辨的瞬态光谱研究，而且通过取样测量技术 能够有效地抑制背景辐射噪音的干扰，得到具有很高信噪比（大于）THz电磁波时域谱，并且具有对黑体辐射或者热背景不敏感的优点； 2、THz脉冲通常只包含若干个周期的电磁振荡，单个脉冲的频带可以覆盖从CHz至几十THz的范围，便于在大范围里分析物质的光谱性质； 3、THz波的相干性源于其产生机制，它是由相干电流驱动的偶极子振荡产生，或是由相干的激光脉冲通过非线性光学差频效应产生。THz波的时域光谱技术（THz-TDS）直接测量THz波的时域电场，通过傅立叶变换给出THz波的振幅和相位。因此，无需使用Kramers-Kronig 色散关系，就可以提供介电常数的实部和虚部。这使测得的与THz波相互作用的介质折射率和吸收系数变得更精确； 4、THz波的光子能量较低，1THz频率处的光子能量大约只有4mV https://www.doczj.com/doc/3612850705.html, 光子能量，比X射线的光子能量弱107--108倍。因此，THz波不会对生物组织产生导致电离和破坏的有害光，特别适合于对生物组织进行活体检查； 5、THz光子能量约为可见光，用THz做信息载体比用可见光和近中红外光能量效率高得多；
太赫兹频段：无线通信的下一个前沿领域 随着即将到来5G通信应用遍地开花，科研工作者将目标转向了6G 技术的研究。对于下一代无线通信技术何去何从，上海交通大学韩充教授与合作者一起，从硬件设备以及通信理论两个角度，深入介绍了无线通信的下一个前沿领域——太赫兹通信的应用前景、潜在挑战以及发展现状，表明了太赫兹通信有望实现超高速率、超高密度无线数据传输。研究成果以《太赫兹频段：无线通信的下一个前沿领域》（“Terahertz band: Next frontier for wireless communications”）为题于2014年发表在国际学术期刊《物理通信》（Physical Communication）,论文被引用次数位于工程科学领域前1%，为Web of Science全球高被引论文。 信息社会对无线数据传输的速率需求日益增加，预计在未来的十年，太比特每秒（Tbps）的无线链路将会实现。然而，微波频段（0.1THz 以下）的频谱资源逐渐耗尽，难以提供Tbps速率的无线数据传输。太赫兹通信被视为能满足这一需求的关键技术之一，太赫兹频段（0.1-10 THz）能够提供超高带宽，为要求超高数据速率的各种应用打开了大门，从宏观尺度上看，太赫兹通信应用前景包括6G 蜂窝网络、太赫兹无线局域网、太赫兹个人局域网、军事安全通信（如隐蔽通信），从微观尺度上看，包括健康医疗系统、纳米传感器网络、纳
米物联网、芯片级无线通信。 图1 太赫兹频段位于电磁波频谱的中段，具有丰富的频谱资源。 不过，太赫兹通信研究目前仍面临着重要挑战。首先，需要研发新的收发机架构，新型架构应当能够在太赫兹频带频率下工作，能够利用非常大的可用带宽。同时，收发机应当具有高功率、高灵敏度和低噪声系数，这是克服太赫兹频段的高路径损耗所必需的。其次，还需要超宽带和多频带天线才能在太赫兹频段中实现数十Gbps到Tbps速率的无线链路，并且需要新的天线系统，例如非常大的天线阵列，达到高天线增益，以此补偿太赫兹波传播的高路径损耗。 文中还从通信网络的各层对太赫兹通信面临的挑战及问题进行了总结。首先，应当对太赫兹的信道特性加以研究，包括分子吸收损耗、高反射损耗、视距及非视距传播特性、多径信道、噪声源等。在物理层，主要的研究方向包括太赫兹调制编码、大规模多输入多输出天线（MIMO）技术、同步技术、均衡技术以及物理层安全。在链路层，
太赫兹测试技术 姜万顺，邓建钦 （电子测试技术重点实验室山东青岛 266555） 摘要：本文主要介绍基于毫米波向上扩展方式的THz测试技术，主要包括THz信号发生、THz信号功率和频谱检测及矢量网络分析等相关仪器的实现方案和目前国内外达到的主要技术指标。 关键词：太赫兹（THz）测试与测量仪器 一、引言 THz(TeraHertz)频段是指频率从十分之几到十几个THz，介于毫米波与红外光之间相当宽范围的电磁辐射区域，又称T射线(Terahertz-Ray)，是电子学与光学的交界处，无线电物理领域称其为亚毫米波(SMMW，Sub-Millimeter Wave)，而光学领域则习惯称之为远红外辐射(FIR，Far-Infra-Red)，长期以来，由于缺乏有效的THz辐射产生和检测方法，人们对于该波段电磁辐射性质的了解非常有限，以致于该波段被称为电磁波谱中的THz空隙。该波段也是电磁波谱中有待进行全面研究的最后一个频率窗口。THz电磁波及其应用技术已经成为科学界的“热点”领域。它在物体成像、环境监测、医疗诊断、射电天文等方面具有重大的科学价值和广阔的应用前景。 测试与测量技术是科学研究的基础，THz测试与测量仪器设备因技术难度大，发展相对缓慢，造成了THz技术研究相对滞后。在THz测试技术中首先要解决的是 THz电磁信号的发生技术、THz电磁信号的频率和功率检测技术，并以此为基础的大动态网络参数测试技术，这也是THz技术研究领域的最前沿问题。 THz信号的发生和接收有两种发展方向，一种是从红外往下扩展，一种是从毫米波向上扩展，一般红外向下扩展方式产生的THz信号具有输出功率高、频率高的特点，但是分辨率较低；毫米波向上扩展方式产生的THz信号输出功率小，频率上限也稍低，但是分辨率高，本文主要讨论的是基于毫米波向上扩展方式的THz测试技术，因此内容主要涉及到THz的频率低端。 二、THz电磁波信号的产生技术 图1：中国电科41所THz倍频源 测试仪器的THz电磁波信号产生，一般分为基于光子学的THz信号发生方法和电子学的THz信号发生方法。基于光子学的方法有：自由电子激光器、电光晶体THz脉冲源、瞬时光电导产生THz电磁脉冲等。基于光子学的THz信号发生器，具有频带宽（从0.1THz至30THz），输出功率较大（连续波输出功率可达到百毫瓦量级）的特性，但频率分辨率相对较低（GHz 到MHz量级）； 基于电子学的THz信号发生器主要包括返波管直接基波振荡器和基于微波信号发生的
太赫兹技术及其应用详解 太赫兹研究主要集中在0.1-10 THz 频段。这是一个覆盖很广泛并且很特殊的一个频谱区域。起初，这一频段被称为THz Gap （太赫兹鸿沟），原因是这一频段夹在两个发展相对成熟的频，即电子学频谱和光学频谱之间。其低频段与电子学领域的毫米波频段有重叠，高频段与光学领域的远红外频段（波长0.03-1.0 mm）有重叠。由于这一领域的特殊性，形成了早期研究的空白区。但随着研究的开展，太赫兹频谱与技术对物理、化学、生物、电子、射电天文等领域的重要性逐渐显现，其应用也开始渗透到社会经济以及国家安全的很多方面，如生物成像、THz 波谱快速检测、高速通信、穿墙雷达等。太赫兹之所以具有良好的应用前景，主要得益于其光谱分辨力、安全性、透视性、瞬态性和宽带等特性。例如：自然界中许多生物大分子的振动和旋转频率都处在太赫兹频段，这对检测生物信息提供了一种有效的手段; 太赫兹频段光子能量较低，不会对探测体造成损坏，可以实现无损检测; 太赫兹波对介质材料有着良好的穿透能力，从而可作为探测隐蔽物体的手段; 太赫兹脉冲的典型脉宽在皮秒量级，可以得到高信噪比的太赫兹时域谱，易于对各种材料进行光谱分析; 此外，太赫兹频段的带宽很宽，从0.1-10 THz可为超高速通信提供丰富的频谱资源。 相对于毫米波技术，太赫兹技术的研究还处在探索阶段。太赫兹技术主要包括太赫兹波源、太赫兹传输和太赫兹检测等，其关键部件可以分为无源元件和有源器件。无源元件包括太赫兹传输线、滤波器、耦合器、天线等，而有源器件包括太赫兹混频器、倍频器、检波器、放大器、振荡器等。 1、太赫兹源伴随着太赫兹波生成技术的发展，太赫兹源的研究已有很多有价值的新进展。研发低成本、高功率、室温稳定的太赫兹源是发展太赫兹技术的基础。太赫兹源的分类多种多样，按照产生机理，可以分为基于光学效应和基于电子学的太赫兹源。按照源类型可以分成3 类：非相干热辐射源、宽带太赫兹辐射源以及窄带太赫兹连续波源。
太赫兹及其产生方法 摘要：太赫兹技术是20世纪80年代末产生的一种高新技术，近年来颇受关注。它在基础研究、生物科学等众多领域都有非常重要的应用前景。THz波具有很多的优越性，具有重要的研究价值。本文简要的介绍了THz波及其在公共安全、环境探测、生物医学、天文观测、军事及通信方面的应用，然后深入的阐述了THz波的产生方法。 关键词：THz波的应用THz波产生方法 1.引言 随着现代科学技术的发展、国际竞争的加剧以及社会信息化进程不断加快，各种各样的新技术、新思想大量涌现出来。从云计算到物联网，从激光到太赫兹技术的出现都给了我们很大的机遇，同时也存在一定的挑战。为在国际竞争中立于不败之地，我们国家在“十二五”战略新兴产业发展重点中提出了应大力发展信息产业、生物产业、航空航天产业、新能源产业、新材料产业、节能环保产业、新能源汽车产等新型产业，另外国家还确定了五项科技领域，而太赫兹技术在这些领域的探索及应用中起着举足轻重的作用。 2.太赫兹简介及其应用 2.1太赫兹简介 太赫兹通常是指频率在0.1~10THz的电磁波，是上个世纪八十年代中后期才被正式命名的，在此之前科学家们称其为远红外射线。实际上早在一百年前，就有科学工作者涉及过这一波段。随着80年代一系列新技术、新材料的发展，特别是超快技术的发展，使得获得宽带稳定的脉冲THz源成为一种准常规技术，THz技术得以迅速发展，并在实际范围内掀起一股THz研究热潮。2004年，美国政府将THz科技评为“改变未来世界的十大技术”之一，而日本于2005年1月8日更是将THz技术列为“国家支柱十大重点战略目标”之首，举全国之力进行研发。我国政府在2005年11月专门召开了“香山科技会议”，邀请国内多位在THz研究领域有影响的院士专门讨论我国THz事业的发展方向，并制定了我国THz技术的发展规划。另外，美国、欧洲、亚洲、澳大利亚等许多国家和地区政府、机构、企业、大学和研究机构纷纷投入到THz的研发热潮之中。 2.2 THz的应用 由于太赫兹的频率很高，所以其空间分辨率也很，又由于它的脉冲很短，所以具有很高的时间分辨率。由此，太赫兹成像技术和太赫兹波谱技术构成了太赫兹应用的两个主要关键技术。太赫兹的独特性能给公共安全、环境探测、生物医学、天文观测、军事及通信等领域带来了深远的影响。
太赫兹波技术应用及发展简述姓名：周禹轩 2019年12月
1 太赫兹波简述 1.1 太赫兹波背景 太赫兹波是(THz)波是一种频率介于0.1～10THZ、波长介于3000～30μm的电磁波。太赫兹波在电磁波谱中的位置位于微波与红外辐射之间。（如图1所示）由于太赫兹波直接在长波段与毫米波相重合，在短波段与红外光相重合，与之相应，其研究手段有电子学理论过渡为光子学理论。所以太赫兹波是宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，也是电子学向光子学的过渡区，称为电磁波谱的“太赫兹空隙(THz gap)”。 图1 电磁波谱中太赫兹波相对位置 相对于电磁波谱中其余波，太赫兹波因其波长具有特殊性质。即对于非金属材料（陶瓷、木材、高分子化合物、纸、非极性液体）具有良好穿透性能；对于极性液体(水) ，表现出强烈的吸收性质;而对于金属材料，则表现出很高的反射性质。[1] 这使得太赫兹波成为理想的透射成像媒质。目前，基于太赫兹波的性质，其被广泛应用于安全检查、航空航天、生物医学、雷达通信等领域，具有良好的发展前景。 1.2 太赫兹波性质 太赫兹波综合了电子学与光子学的优越性能，在保留其电磁波特性的基础下，具有许多不同于其他电磁波的性能，诸如指纹特性、高穿透性与生物安全性等独特的优势。 A．指纹特性 太赫兹波具有指纹特性,可以识别不同物质的分子结构信息。其原理如下：物质有分子构成，由于大多数物质的晶格振动等物理性质存在差异，且其数值范围恰好对应于太赫兹波范围中，因此每一种物质在太赫兹波段中的波段透射-吸收光谱的位置、强度和形状均不相同。[1]这种微小的差异可以识别出物质的
变化，使得物质在太赫兹波的光谱中具有其独特性，太赫兹光谱由此被称为分子光谱。综上所述，太赫兹波可以根据物质的物理性质对不同物质进行仔细甄别，基于该性质的太赫兹波光谱识别技术被广泛利用。 图2 常见金属物质晶格空间分布 B．高穿透性 太赫兹波作为电磁波，其波长较短，因此具有良好穿透性。根据目前的研究，太赫兹波对于有极电介质、无极电介质及金属导体的透射性有较大差别，这种差别一定程度上可以作为其检测物质的参考。实际上，有极电介质中分子正负电荷中心不重合，存在等效电偶极矩；金属导体内部存在大量自由电子，其与太赫兹波作用时会出现共振吸收现象。[1]这导致二者对于太赫兹波的穿透性低。无极非金属介质内部不存在自由电子与等效电偶极矩，与太赫兹波作用时不会出现共振吸收现象。总而具有较强穿透性。基于以上的特点，太赫兹波成像时针对不同材质物质的成像效果具有较高区分度。 C．生物安全性 太赫兹波波长较短，因此根据光子能量公式E=hv，太赫兹波的光子能量处于毫电子伏特的数量级。其能量较低，对于生物体产生的电离辐射远远不及对生物造成危害的阙值，故太赫兹波被认为不会对生物体造成有害的电离辐射。此外，人体内部含有大量水分，水是极性液体，可以相当程度上吸收太赫兹波。综上所述，太赫兹波对于生物体造成的损害时可以忽略的。 2 太赫兹波技术应用 2.1太赫兹波技术——太赫兹波成像原理 当前对于太赫兹波技术的应用分为太赫兹波光谱技术、太赫兹波成像技术、太
中国工程物理研究院太赫兹通信和雷达技术取得重要突破 太赫兹高速通信和高分辨率成像雷达是太赫兹科学技术的重要研究方向，中国工程物理研究院太赫兹科学技术研究中心（简称中物院太赫兹研究中心）和中国工程物理研究院电子工程研究所（简称中物院五所）开展了太赫兹通信和雷达体制研究、核心器件与模块研究，完成了太赫兹通信和雷达样机系统研制和实验，取得了重要突破性成果。 中物院攻克了太赫兹电子学的关键技术，自主研制了基于肖特基二极管的倍频器、谐波混频器、MEMS 带通滤波器、收发天线等核心器件与单元模块，2010年成功研制了我国第一 个0.14THZ、16QAM、传输速率达到lOGbps的高速太赫兹通信系统，完成了国内第一次0.5km 的无线传输实验（软件解调）。在此基础上，中物院进一步开展了太赫兹高速通信实时解调技术研究，攻克了2Gbps实时解调、均衡与译码技术，研制了2Gbps 16QAM实时解调样机，并对2010年的通信系统进行了改进，2011年完成了0.14THZ通信系统1.5km的2Gbps无线传输实时解调实验和10Gbps的软件解调实验。在该系统中采用了新型的正交幅相调制（QAM） ＋次谐波混频＋多级放大”的太赫兹高速通信体制与技术路线，同国际上（日本、德国等）采用的ASK、OOK等体制相比，尽管其速率还未达到OOK体制的速率（目前国际上最高 25Gbps）,但其频谱利用率高，可以全电子实现，便于与电真空器件功率级联以实现远距离通信，并可采用数字信号处理技术进行信道均衡和补偿。2011年底IEEE Trans, on Terahertz Sci.&Tech. 报道了德国采用类似体制的研究（其QAM 体制的传输速率只有几十Mbps）。 与此同时，中物院采用自主研制的太赫兹器件构建的国内首个0.14THZ高分辨率逆合成 孔径雷达（ISAR ）系统的成像实验亦获得重要成果。实验中，利用该系统分别对远处转台上的多种目标体进行了辐射和回波数据录取，通过宽带ISAR快视信号处理机进行实时成像 处理，获得了清晰的高分辨率THZ-ISAR 像，实验表明：该THZ-ISAR 雷达实验系统信号带宽 > 5GHz、成像分辨率达到3cm x 3cm水平。 中物院太赫兹通信和雷达研究取得的技术突破，证明了采用的太赫兹通信和雷达技术路线的可行性，充分验证和展示了太赫兹通信系统的高速信息传输能力以及太赫兹雷达系统的高分辨成像能力，所掌握的关键技术将为研究太赫兹波传输特性以及推动我国太赫兹通信和雷达系统走向实用化奠定坚实的技术基础。中物院太赫兹研究中心正在进一步围绕更高频段、更远距离、更高速率、更高分辨率的太赫兹通信和雷达技术深入开展研究工作。