太赫兹技术应用

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

科普园地　

太赫兹技术　

＿　。　蔓■叠誓　

太赫兹波或称为太赫兹射线是从上个世纪８０年代中后　

期，才被正式命名的，在此以前科学家将其统称为远红外射　线。太赫兹波是指频率在０．１太赫兹到１　０太赫兹范围的电磁　

波，波长大概在Ｏ。０３ｍｍ到３ｍｍ范围，介于微波与红外线　

之间。实际上，早在１００年前，就有科学工作善步及过这一波　

段。在１８９６年和１８９７年，Ｒｕｂｅｎｓ和Ｎｉｃｈｏｌｓ就涉及这一波　

段，红夕　Ｅ谱至　达９　ｎ　１（０．００９ｍｍ）　口２０　ｕｍ（Ｏ．０２ｍｍ），　

之后又有到达５０　ｕ　ｍ的记载。之后的近百年Ｂ，ｌｌ￣，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太赫兹间隙。　随着２０世纪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太赫兹源　成为一种；佳常规技术，太赫兹技术得以迅速发展，并掀起一　

股太赫兹研究热潮。２００４年，美国政府将太赫兹科技评为“改　

变未来世界的十大技术”之四，而日本于２００５年１月８日　

更是将太赫兹技术列为“国家支柱技术十大重点战略目标”　

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”，邀请国内多位在太赫兹研究领域　

有影响的院士专门讨论我国太赫兹事业的发展方向，并制定　

了我国太赫兹技术的发展规划。另外，美国、欧洲、亚洲、　

澳大利亚等许多国家和地区的政府、机构、企业、大学纷纷　投入太赫兹的研发热潮之中。太赫兹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—个非常诱人的机遇。它之所以能够引起人们广泛的　

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

太赫兹技术及其应用研究

摘要：太赫兹技术是一个具有广泛应用前景的新兴学科，近10年来，太赫兹技术理论研究的蓬勃发展带动了太赫兹波应用研究的迅速扩大。作为一种新型的相干光源，太赫兹辐射在物理化学、信息和生物学等基础研究领域，以及材料、国防、医学等技术领域具有重大的科学价值和广泛的应用前景。文章简要介绍了太赫兹波的重要特性集、太赫兹技术的研究现状及应用前景，重点介绍了太赫兹技术的特性、及在国防领域的应用。

关键词：太赫兹；特性；太赫兹波成像；应用

1 引言

太赫兹(Terahertz，简称THz)辐射是对一个特定波段的电磁辐射的统称，通常它是指频率在0.1THz一10 THz(波长在3um～3 mm)之间的电磁波，在某些特定场合，指0.3 THz一3 THz之间的电磁波，还有一种更广泛的定义，其频率范围高达100THz．直到上世纪80年代中期以前，人们对这个频段的电磁波特性知之甚少，形成了远红外线和毫米波之间所谓的“太赫兹空隙”(Teraheaz Gap)，对太赫兹波段广泛的研究兴趣还是在20世纪80年代中期以超快光电子学为基础的脉冲太赫兹技术产生以后．近20年来，随着低尺度半导体技术、超快激光技术以及超快光电子技术的飞速发展，太赫兹技术表现出了极大的应用潜力．作为一种新型的相干光源，太赫兹辐射在物理、化学、信息和生物学等基础研究领域。以及材料、国防、医学等技术领域具有重大的科学价值和广泛的应用前景．本文将对太赫兹辐射的特性进行介绍，并在介绍太赫兹技术的常见应用基础上，着重对太赫兹技术在有关国防领域的潜在应用进行介绍．

2 特性

太赫兹波之所以引起科学界浓厚的研究兴趣，并不仅仅因为它是一类广泛存在而并不为人所熟悉的电磁辐射，更重要的原因是它具有很多独特的性质，正是这些性质赋予太赫兹波广泛的应用前景．从频谱上看，太赫兹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。太赫兹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，太赫兹波段的能量介于电子和光子之间．