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![[技术]颠覆未来作战的前沿技术系列之太赫兹技术](https://img.taocdn.com/s1/m/416786c255270722182ef73d.png)
颠覆未来作战的前沿技术系列之太赫兹技术太赫兹波泛指频率位于红外和微波之间、0.1～10THz波段内的电磁波，处于宏观电子学向微观光子学的过渡阶段。
由于处于交叉过渡区，太赫兹波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。
过去很长一段时间，太赫兹波段两侧的红外和微波技术的发展相对比较成熟，但是人们对太赫兹波段的认识仍然非常有限，形成了所谓的“太赫兹空白”。
近年来，太赫兹波以其独特的性能和广泛的应用而越来越受到世界各国的关注，已被国际科学界公认为是高科技领域的必争之地，其研究和应用对于未来作战与国家安全将具有重大的战略意义。
太赫兹波性能独特，蕴含巨大应用前景太赫兹技术之所以引起科学界广泛的关注，是由于太赫兹波频率上要高于微波，低于红外线；能量大小则在电子和光子之间，与其他频率的电磁波相比，具有很多独特的性质。
高穿透性，太赫兹波对许多介电材料和非极性物质具有良好的穿透性，可对不透明物体进行透视成像，是X射线成像和超声波成像技术的有效互补；低能量性，太赫兹光子能量只是X射线光子能量的约1%，太赫兹辐射不会导致光致电离而破坏被检质，非常适用于针对人体或其他生物样品的检查；吸水性，水对太赫兹辐射有极强的吸收性，太赫兹波不易穿透含水物体；瞬态性，太赫兹脉冲的典型脉宽在皮秒数量级，通过取样测量技术，能够有效地抑制背景辐射噪声的干扰；相干性，太赫兹的相干性源于其相干产生机制，能够直接测量电场的振幅和相位，从而方便提取样品的折射率、吸收系数、消光系数、介电常数等参数；指纹光谱，大多数极性分子和生物大分子的振动和转动能级间距都处在太赫兹波段，通过特有的光谱特征可以识别分子结构并分析物质成分，具有指纹般的惟一性，就像利用指纹可以识别不同的人一样，根据这些指纹谱，太赫兹光谱成像技术能够鉴别物体的组成成分。
太赫兹波的独特性能给通信、雷达、电子对抗、电磁武器、医学成像、安全检查等领域带来了深远的影响。
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。
太赫兹技术在铁路安检中的应用随着铁路行业的快速发展，高速铁路的重要性越来越突出。
与此同时，人们对铁路安全问题的关注也在增加。
铁路安检是保障铁路安全的一项重要措施。
传统的安检设备通常采用金属探测器和X射线等技术来检测被检查物体的金属和非金属部分。
但是这些安检设备存在很多局限性，例如X射线容易对人体造成辐射损伤，金属探测器只能检测出金属物品等。
近年来，太赫兹技术在铁路安检中逐渐被引入，取得了良好的效果。
本篇论文将重点论述太赫兹技术在铁路安检中的应用。
一、太赫兹技术概述太赫兹波又称次毫米波，是介于毫米波和红外线之间，频率在0.1~10THz之间的电磁波。
太赫兹波从二十世纪六十年代开始被发现和研究，在物理学、化学、生物学等领域有着广泛的应用。
随着科技的不断进步，太赫兹技术也发展日益成熟。
太赫兹波具有特殊的物理特性，包括电磁波的渗透力强、谱线宽、对物质非破坏性等，因此在无损检测、医学成像、安保检测等方面有着广泛的应用前景。
二、太赫兹技术在铁路安检中的应用太赫兹技术在铁路安检中的应用主要涉及到太赫兹成像技术和太赫兹谱学技术两方面。
1、太赫兹成像技术太赫兹成像技术是指采用太赫兹波进行成像的技术。
由于太赫兹波在物质中的渗透力强，可以穿透非金属物体并且对物质非破坏性，因此它可以用来检测被检查物体的内部结构，如隐藏在行李或者物品内部的危险物品。
与传统的安检设备相比，太赫兹成像技术具有以下优点：（1）太赫兹成像技术可以穿透非金属物体，很容易检测出隐藏在行李或物品内部的危险物品，如爆炸物、毒品等。
（2）太赫兹成像技术对物品没有破坏性，可以有效避免被检查物品受到损伤。
（3）太赫兹成像技术可以大大减少人工干预需要，节省时间和人力成本。
比如，在中国，太赫兹成像技术被应用在高铁站、机场等重要场所的安全检查中。
太赫兹成像技术可以快速检测到行李内部的危险物品，从而为保障交通安全提供了重要的手段。
2、太赫兹谱学技术太赫兹谱学技术是指利用太赫兹波的谱线来检测物品并识别物品的成分。
太赫兹光通信技术的原理及其应用前景太赫兹(THz)光通信技术是目前热门的一种通信技术。
它是光波长和微波之间的一种频谱范围，其波长介于微波和红外线之间，为0.1至10毫米的波长范围。
这种频段的光波有很好的穿透性和分辨率，因此在医疗、检测、安全等领域有着广泛的应用前景。
首先，我们来了解一下太赫兹光通信技术的原理。
太赫兹光通信技术的核心是太赫兹光源和太赫兹探测器。
其中太赫兹光源通过产生太赫兹光脉冲，实现信息传输。
而太赫兹探测器则是通过接收太赫兹脉冲，并将其转化为电信号进行解码和处理。
太赫兹光源和太赫兹探测器的主要原理是太赫兹激光和太赫兹探测器件。
太赫兹激光主要有两种产生方式：第一种是通过太赫兹脉冲光纤激光器产生，这种方式的优点是输出功率较高，但缺点是成本较高且不便携；第二种是通过用电子束轰击半导体晶体方式产生，这种方式的优点是成本较低，体积小，便携，而且不受环境干扰。
太赫兹探测器件主要有三种方式，传统的太赫兹探测器只能在极低的温度下使用，而现在发展出的热电传感器、等离激元探测器和光学探测器可以在常温下使用，且灵敏度和分辨率更高。
其中，热电传感器和等离激元探测器需要以太赫兹辐射使其产生热效应，通过探测热发射的电信号或者共振效应进行太赫兹辐射信号检测。
而光学探测器则通过太赫兹泵浦光和激光光线交叉，产生太赫兹辐射，利用光波与太赫兹辐射相互作用的过程进行检测。
太赫兹光通信技术的应用前景广阔，它可以在安全、医疗、宇航等领域进行广泛的应用。
太赫兹光通信技术的高速传输能力可以用于地面/空中无人机、深海水下网络、远程医疗和工业自动化等领域。
具体来说，在安全领域中，太赫兹光通信技术可以用于无损检测、安检、边界控制、火灾探测等方面；在医疗领域中，太赫兹光通信技术可以用于医学图像领域，例如检测皮肤癌、乳腺肿瘤等，甚至可以对污染物进行检测，实现快速、无损、低成本的环境监测。
总之，太赫兹光通信技术是一种越来越引人注目的技术。
它可以应用于多种场所、服务于多种领域、实现多种功能。
现状：太赫兹是一种独特的电磁波（波长30um~1mm）,在人类文明上并没有使用过，目前的太赫兹器件一般都是有单像素探测器，这需要非常低的温度如液氦进行降温以消除热噪音。
这种太赫兹的设备一般都很庞大，并且很难使用，并且应用范围专一，价格昂贵。
同时，使用太赫兹和亚太赫兹射线是极具有挑战性的。
这是因为这种类型的电磁辐射是安全，无破坏性并且更加有效的。
这是由于它会被各种物质，细胞和组织进行有效和特定的吸收。
T射线是非电离的，它可以穿透衣服以及许多其它不透明的材料，有选择性地被水和有机物质吸收。
这样独特的性能很大程度上使得T射线比X射线和近红外线(NIR)更加实用和高效。
这么多年来，很多人都想抓住这个机会创造更多的可能性，但至今还没有一个人能成功做出来。
大型公司和组织机构已经投资了上百亿美金创造T射线源和探测器，但是至今还是没有一款生产简单的设备可以实现紧凑，实惠，方便和在日常生活中应用性强的特点。
至今没有任何公司能创造出用于日常使用的普遍的T射线成像设备。
我们的发明由于我们在固态物理的领域有多年的基础研究，我们创造了革命性的专利保护T射线被动半导体探测器，适用于0.1-0.8太赫兹频率，尺寸非常小（仅仅是毫米的十分之几），能完全与现在的GaAs或者Si 基于芯片制作的技术兼容。
Figure: Roomtemperatureparameters of asingleTerasense®detector大多数这样相邻的探测器的同步创新可轻易地形成传感器阵列，并且可以作为成像矩阵来使用，并与成熟的CMOS技术联合使用，用于快速查询太赫兹“像素”。
因此，这些探测器可以整合到一个矩阵32 x 32, 100 x 100或300 x 300“像素”用作为成像芯片，就像在图像和视频相机中常规的CCD矩阵，但是这个是针对T射线。
这些Terasense®成像矩阵在室内温度工作，在各种竞争性的解决方案中具有史无前例的信号/噪点特征。
电路中的太赫兹技术与应用前景近年来，随着科技的不断发展，太赫兹技术作为一种新兴的无线通信和传感技术，日益引起人们的关注。
太赫兹波频率位于红外光和微波之间，具有较高的穿透力和较短的波长，因此在通信、成像、医疗和安检等领域具有巨大的应用潜力。
本文将从太赫兹技术的基本原理、相关应用以及未来发展前景等方面进行论述，以便让读者对太赫兹技术有更全面的了解。
一、太赫兹技术的基本原理太赫兹波是指频率范围在0.1 THz到10 THz之间的电磁辐射波段。
太赫兹技术利用太赫兹波在材料和物质中的相互作用，实现了传输信息和获取物质特性的目的。
太赫兹波在电路中传输的过程中，会与电子、声子、晶格和分子之间发生相互作用，这种相互作用产生了太赫兹谱，通过分析太赫兹谱，我们可以获取材料的结构、成分、形变等信息。
二、太赫兹技术的应用领域1. 通信领域太赫兹技术在通信领域的应用主要包括高速数据传输和无线通信。
由于太赫兹波的较高频率和较短波长，具有高速传输数据的潜力。
太赫兹技术可以实现超高速无线通信，为未来的无线通信网络提供更大的带宽和更稳定的信号传输。
2. 安全检测领域太赫兹技术可以穿透许多非导电材料，如纸张、纤维和塑料等，而对金属和水等导电材料具有较强的吸收能力。
基于这一特性，太赫兹技术可用于安全检测领域，如检测爆炸物、毒品和隐蔽武器等。
与传统的X射线安检相比，太赫兹技术更加安全，不会对人体产生辐射。
3. 医疗诊断领域太赫兹技术在医疗诊断领域具有广阔的应用前景。
太赫兹波能够穿透皮肤和血液等组织，同时对生物分子的振动和旋转状态非常敏感。
通过太赫兹技术可以实现对癌症、糖尿病、心血管疾病等疾病的早期诊断，有望提高疾病的治疗效果和救助率。
4. 材料科学领域太赫兹技术在材料科学领域的应用主要包括材料表征、材料成像和材料加工等方面。
太赫兹技术可以通过获取材料的太赫兹响应谱，实现材料的非破坏性检测和表征，以及研究材料的结构、形变和性能等方面的问题。
太赫兹成像技术研究一、引言太赫兹成像技术是一种新兴的成像技术，在医学、安全、文化遗产保护等领域有着广泛的应用前景。
本文将介绍太赫兹成像技术的原理、应用、发展趋势、存在的问题以及对应的解决方案。
二、太赫兹成像技术原理太赫兹波是介于微波和红外线之间的电磁波，其频率在0.1 THz至10 THz之间。
太赫兹波的电磁波长度在物质微观结构尺度范围内，可以穿透许多非金属材料并揭示其内部结构。
太赫兹成像技术是一种通过利用太赫兹波进行成像的方法，可实现基于温度差异和物质不同介电常数的显影方法。
太赫兹成像技术可以利用太赫兹波在障碍物的反射、穿透和散射等特性，对被成像物体的内部结构进行探测。
太赫兹成像技术具有非接触、非破坏和低功率的特点，并且可以穿透非金属和非透明材料，因此在医学、安全和文化遗产保护等领域有着广泛应用。
三、太赫兹成像技术应用1.医学领域太赫兹成像技术在医学领域中被广泛应用，例如，通过太赫兹成像技术可以探测牙齿中的龋洞、蛀牙和血管中的血栓等病变，并且可以提高手术的精度和效率。
太赫兹成像技术还可以用于脑部和胃肠道的成像，以及皮肤疾病的诊断和治疗。
2.安全领域太赫兹成像技术可以检测在行李箱、数码相机等物品中隐藏的危险品，例如爆炸品、毒品和武器等。
3.文化遗产保护太赫兹成像技术可以应用于文物的非破坏性探测和图像重建，例如青铜器的成分分析、古代书画的描摹和唐三彩的断面解剖等。
四、太赫兹成像技术发展趋势1.传感器技术太赫兹成像技术的发展需要更高性能的探测器和放大器。
因此，需要深入研究和改进现有的太赫兹传感器技术，提高其灵敏度、辨别能力和信噪比。
2.成像分辨率太赫兹成像技术的成像分辨率是限制其应用的主要难点。
因此，需要推动太赫兹成像技术的分析技术和图像处理技术的进步，以提高成像的分辨率和准确性。
3.多模态成像技术太赫兹成像技术与其他成像技术的协同利用可以产生更全面和准确的成像结果。
例如，通过太赫兹成像技术和磁共振成像技术的结合可以实现人体器官的三维成像和定位。
浅谈太赫兹科学与技术人类对太赫兹(THz)辐射的认识可以追溯到20世纪初天体物理学家开始进行红外天文学的研究,远处天体上的简单分子如一氧化碳等的振动和转动特征光谱会在太赫兹波段上留下印迹。
时至今日, 红外天文学仍是天体物理研究的一个热点领域。
但是直到过去的二十年时间里, 伴随着更大功率的太赫兹辐射源和更加灵敏的探测装置的发展, 太赫兹研究才得以快速的发展。
太赫兹辐射可定义为0.1~10太赫波段的电磁波振荡。
太赫兹波段在电磁波谱上处在红外辐射和微波之间, 比太赫兹频率更高的红外波段以及更低的微波波段分别属于已经发展得非常成熟的光学和电子学的研究范畴。
相比较而言, 材料在太赫兹波段的性质则尚未被深入研究人们对太赫兹波段的认识首先得益于过去二十年中超快光电子学的发展。
从1980年代利用飞秒激光脉冲在半导体表面实现太赫兹脉冲的发射和探测开始, 物理学家在发展和使用太赫兹技术方面已经取得了很多研究成果。
例如, 发明太赫兹量子级联激光器, 利用太赫兹技术检测飞摩尔含量的无标记DNA单碱基对的差异, 研究多粒子电荷体系与太赫兹光谱相互作用, 利用太赫兹技术对航天飞机隔热材料的无损探伤和近场的太赫兹显微技术等。
太赫兹技术正从实验室走向实际应用太赫兹辐射光源及探测技术制约太赫兹科学发展的主要因素是缺乏高功率并可在室温下稳定工作的太赫兹辐射源。
当今高速电子学和激光科学的发展提供了一系列已有的和有潜力的太赫兹光源。
这些太赫兹光源可以被分为非相于的热辐射源、宽波段太赫兹脉冲和窄波段的连续波太赫兹辐射。
热辐射太赫兹源自然界中存在着丰富的太赫兹辐射, 比如宇宙大爆炸背景辐射的一半能量集中在太赫兹波段, 室温物体热辐射的峰值频率则处于6太赫左右。
实际应用中使用的非相干的太赫兹热辐射源利用太赫兹波段的黑体辐射作为太赫兹光源。
这一光源通常与红外傅里叶变换光谱仪(FTIR)配合使用,FTIR是化学研究中最常见的用来研究分子共振的手段之一, 其优越性是具有很宽的光谱波段, 可以用来研究材料从太赫兹到近红外波段的光谱性质在FTIR的实验中, 宽波段的辐射源通常由电弧灯或加热的SIC棒担任, 样品被置于一个光学干涉仪系统中, 通过改变干涉仪的一个臂的行程, 并利用一个直接的强度测量装置, 如液氦冷却的热辐射测量仪(bololleter)来测量于涉信号。
太赫兹技术及应用
嘿，太赫兹技术可厉害啦！就像一个超级侦探。
你想想，它能穿透好多东西，看到里面的情况。
我听说有个地方用太赫兹技术检测文物，一下就发现了文物的内部结构。
太赫兹能安检呢，哇哦，这多棒。
这就像有双火眼金睛。
有次在机场，太赫兹安检仪快速检测出危险物品。
在医学上也有用途，这可不是吹的。
就像一个神奇的医生助手。
有个医院用太赫兹技术检查疾病，能发现早期的病变。
通信领域也有它的身影，嘿，这可不得了。
这就像一个超快的信使。
我认识一个人在研究太赫兹通信，说速度快得惊人。
材料检测也靠它，哇，这很重要。
就像一个挑剔的质检员。
有个工厂用太赫兹技术检测材料，保证了产品质量。
太赫兹能识别真假，这可厉害啦。
就像一个聪明的警察。
有个地方用太赫兹技术辨别假货，一辨一个准。
在航天领域也有作用呢，这多牛。
就像一个太空探险家。
有个航天项目用太赫兹技术探测星球表面。
食品检测也能用，这不错呀。
就像一个严格的食品检察官。
有个检测机构用太赫兹技术检查食品，确保安全。
太赫兹还能研究化学反应，哇，这很神奇。
就像一个微观世界的魔法师。
有个实验室用太赫兹技术观察化学反应过程。
总之，太赫兹技术用途广泛，未来肯定会更厉害。
电路中的太赫兹技术与应用太赫兹技术是近年来兴起的一项前沿技术，主要应用于电路领域。
本文将在不同方面介绍太赫兹技术的原理、应用以及未来发展趋势。
一、太赫兹技术的原理太赫兹技术指的是利用太赫兹波段（0.1 THz到10 THz）的电磁波进行信息传输和处理的一种技术。
太赫兹波段的电磁波具有介于微波和红外之间的频率，波长较短，具有高分辨率、大宽带等优点。
太赫兹波段的电磁波在材料中的传播特性与X射线、红外线等有所不同，可以穿透许多材料，同时也对某些物质产生特殊的相互作用。
太赫兹技术的主要原理包括太赫兹辐射源、太赫兹检测器和太赫兹波导。
太赫兹辐射源产生太赫兹波，通常采用光电子发射、光声调制等技术。
太赫兹检测器用于接收和测量太赫兹波，常见的检测器有光电探测器、偏置探测器等。
太赫兹波导则用于太赫兹信号的传输，在太赫兹技术中起着重要作用。
二、太赫兹技术的应用1. 安全检测太赫兹技术在安全检测领域具有重要应用，可以用于隐藏物体探测、爆炸品检测、背包内容检测等。
太赫兹波可以穿透许多常见的材料，如纸张、塑料等，但对金属等导电材料的穿透性较差，因此可以便利地检测到被隐藏的物体。
太赫兹波也能够对物质的特性进行分析，可以判断物质的成分、浓度等信息。
2. 通信与数据传输太赫兹技术在高速数据通信领域也有广泛应用。
由于太赫兹波具有较高的频率和宽带性能，能够提供大容量的数据传输速率。
此外，太赫兹波不受电磁波隐私泄漏的问题，相比于无线射频通信更加安全可靠，因此在保密通信方面具有潜力。
3. 医学影像与生物检测太赫兹技术在医学影像领域有较多应用。
太赫兹波可以穿透人体组织，对活体进行非侵入性的成像和检测。
在皮肤癌的早期诊断、眼底疾病的筛查等方面具有潜力。
此外，太赫兹技术还可以用于药物检测、蛋白质结构研究等生物学领域。
三、太赫兹技术的未来发展趋势随着太赫兹技术研究的深入和应用领域的不断扩展，太赫兹技术在未来将有更广阔的发展前景。
以下是一些可能的未来趋势：1. 太赫兹芯片的发展目前的太赫兹器件大多数是基于复杂的光学器件，对于大规模集成和商业化应用还面临许多挑战。
太赫兹技术研究现状一、太赫兹源和检测器太赫兹波源的研究是太赫兹技术的关键之一、常见的太赫兹源包括光学激光器、微波源和荷电粒子束。
其中，光学激光器是目前最常用的太赫兹波源。
检测器的选择也对太赫兹技术的应用起到关键作用。
常用的太赫兹检测器有太赫兹增强型光电探测器、微波检测器和热电探测器等。
二、太赫兹成像技术太赫兹成像技术是太赫兹技术的主要应用之一、相比传统成像技术，太赫兹波能够穿透许多日常物体，如纸张、塑料和织物等，同时对多种材料具有良好的吸收和反射特性。
太赫兹成像技术可用于检测物体的内部结构、识别隐蔽物体和观测材料的物理特性。
三、太赫兹通信技术太赫兹通信技术是近年来研究热点之一、由于太赫兹波具有相对较高的带宽和较低的能量传输损耗，因此被认为是下一代高速无线通信的理想选择。
目前，太赫兹通信技术主要面临的挑战是信号传输的稳定性和传输距离的限制。
四、太赫兹辐射太赫兹辐射是指在太赫兹频率范围内的电磁辐射现象。
太赫兹辐射具有波长较长，穿透力较强的特点，因此对生物组织和有机物质的影响较小。
这使得太赫兹辐射在医疗影像、食品质量检测和安全检测等领域得到广泛应用的研究。
五、太赫兹光学太赫兹光学是研究和应用太赫兹波的光学现象和原理。
太赫兹光学包括太赫兹波的产生、传播、调制和控制等方面的研究。
太赫兹光学技术能够在太赫兹频率范围内实现超材料、光子晶体、太赫兹光纤等器件的设计和实现。
总结而言，太赫兹技术是一项具有广泛应用前景的电磁波技术。
目前，太赫兹技术在太赫兹源和检测器、太赫兹成像、太赫兹通信、太赫兹辐射和太赫兹光学等领域都取得了一定的研究进展。
随着技术的不断进步和创新，太赫兹技术在各个领域的应用将会进一步拓展和完善。
太赫兹超导探测技术发展与展望讲座报告
2012年5月10日，我有幸地聆听到我校校友紫金山天文台研究员史生才教授
发表的关于太赫兹超导探测技术发展与展望的讲座。
史生才教授是“毫米波与亚毫米波实验室”首席科学家，财政部“国外引进杰
出人才计划”入选者和国家杰出青年科学基金获得者，曾获2001年江苏省科技进
步一等奖（排名第一）；史生才研究员在毫米波和亚毫米波超导低噪声检测技术
研究方面有很深的造诣，已取得许多高水平的成果：超导HEB混频技术研究（远
红外领域最灵敏的探测技术）是我国的首例，也是国际上首例利用4-K闭环低温
制冷系统成功观测到超导HEB混频器件的特性；而600-720GHz超导SIS混频器（毫
米波亚毫米波领域最灵敏的探测技术）达到了五倍量子极限的噪声性能，与目前
国际前沿研究水平相当，在国际上该领域也有相当的影响。史生才研究员是我国
毫米波和亚毫米波天文技术领域学科带头人, 目前正在主持海峡两岸SMA亚毫米
波阵合作项目和参与国际合作ALMA项目（本世纪前叶国际上最大规模的天文项
目）的总体构想。
他渊博的演讲给我留下了深刻的影响。他开始时主要介绍了太赫兹探测技术
的发展概况，简要阐述了太赫兹波的探测方法、主要特点，以及太赫兹超导探测
技术在天文学中的应用，尤其在射电望远镜的革新方面，该探测技术起到了关键
的作用。利用该项技术可以研究出更灵敏的，分辨率更高的天文望远镜，这种望
远镜弥补了普通光学望远镜的诸多缺点。其后，史生才教授又根据自己的科研经
历谈论了一下自己在天文学领域的研究以及成果，并综述了国内外在太赫兹波领
域的研究进展，对未来的发展与应用进行了乐观的展望。
太赫兹（1 THz＝1012 Hz）技术是20 世纪80 年代末发展起来的一种高新技
术，近年来颇受关注，它在基础研究、工业应用、生物医学、军事等领域有相当
重要的应用前景，而且随着近代天文学的发展和要求，太赫兹技术在天文学的应
用也变得不可或缺。太赫兹辐射在19 世纪已经为人们所认识，但是，由于没有
稳定的辐射源和探测器，对于太赫兹谱段的物质特性一直是科学界的“真空地
带”。美国贝尔实验室的奥斯顿等人在研究超快半导体现象时，发现了砷化镓光
电导探测效应，1982 年有关结果在美国权威杂志《科学》上发表，引发了科学
界的广泛关注，成为20 世纪末的热门课题。1 太赫兹（THz）辐射与主要特性THz
辐射（T 射线）通常指的是频率在0.1 THz～10 THz（波长在30 μm～3 mm）范
围内的电磁波，其长波段方向与毫米波（亚毫米波）相重合，短波段方向与红外
线相重合，属于远红外波段，由于THz 波所处的特殊电磁波谱的位置，它有很
多优越的特性，从而具有重大科学意义。主要表现为以下几个方面：
1）量子能量和黑体温度很低。由于太赫兹波的光子能量很低，它穿透物质时，
不易发生电离，因而可用来进行安全的无损检测。
2）许多物质大分子，如生物大分子的振动和旋转频率都在THz 波段，所以在
THz 波段表现出很强的吸收和谐振。许多爆炸物有“太赫兹指纹”特性，这使得
它们能够从衣服中及与其它材料混在一起时被鉴别出来，如毒品的检测等。穿透
能力强，THz 波能以很小的衰减穿透如陶瓷、脂肪、碳板、布料、塑料等物质。
因此，可用其探测多种低浓度极化气体，适用于环境保护和军事化学侦察等特殊
领域。
3）THz 波的时域频谱信噪比很高，这使得THz非常适用于成像应用。可见光、
x 射线、电子束、中近红在工业生产等诸多领域广泛应用的主要成像信号源，与
以上的光源相比，太赫兹辐射对于电介质材料具有较强的穿透效果，除了可测量
由材料吸收而反映的空间密度分布外，还可通过位相测量得到折射率的空间分
布，获得材料的更多信息。因此太赫兹技术在观察某些天体的形成过程中有重要
应用。
近几十年，在美国包括常青藤大学在内有数十所大学都在从事THz 的研究
工作，特别是美国的一些重要的实验室，如贝尔实验室、LLNL（Lawrence
Livermore 国家实验室）、LBNL（Lawrence Berkeley 国家实验室）、SLAC（斯
坦福直线加速器中心）、JPL（喷气推进实验室）、BNL（Brookhaven 国家实验
室）、NRL（海军研究实验室）、ALS（高级光源国家实验室）、ORNL（橡树
岭国家实验室）等都在开展THz 科学技术的研究工作。美国国家基金会（NSF）、
国家航天局（NASA）、能源部（DOE）和国立卫生研究院（NIH）等从20 世纪
90 年代中期开始对THz 科技研究进行了大规模的投入。英国的Rutherford 国家
实验室以及剑桥大学、里兹大学、Strathclyde 大学等十几所大学；德国的KFZ、
BESSY、Karlsruhe 大学、Cohn 大学、Hamburg 大学等科研院所和高校，都在
积极开展THz 研究工作。欧洲国家还利用欧盟的资金组织了跨国家的多学科参
加的大型合作研究项目。在俄国，国家科学院专门设立了一个THz 研究计划，
IAP、IGP 及一些大学也都在积极开展THz 研究工作。在亚洲，日本政府于2005
年1 月8 日，公布了日本未来10 年科技战略规划，提出了10 项重大关键技术，
将THz 技术列为首位。东京大学、京都大学、大阪大学、东北大学、福井大学
以及SLLSC、NTTAdvanced Technology Corporation 等公司也都大力开展了THz
的研究与开发工作。此外，韩国的国立首尔大学、浦项科技大学以及新加坡的国
立新加坡大学等也都在积极开展THz 方面的研究。可见，在全世界范围内目前
已经形成了一个THz技术研究高潮。
在国内，太赫兹研究也已受到了极大的重视。中国科学院的北京物理所和
上海微系统与信息技术研究所、上海应用物理研究所、中山大学、首都师范大学
物理系等研究机构在太赫兹相关领域开展了工作，并初步建成了太赫兹实验装
置。不少博士和硕士研究生都以THz 有关的课题作为前沿的研究选题方向。我
国台湾省的台湾大学、台湾清华大学等也积极开展了THz 研究工作，并发表了
不少有分量的论文。
在天文领域，低噪声、高灵敏度接收机技术一直是毫米波和亚毫米波射电
天文的重大挑战技术之一，超导混频技术用于低噪声、高灵敏度接收机，是80
年代以来，国际上十分重视的热点之一，该项目根据我国的需要，把高新技术的
研究与实际应用目标相结合，使我国超导接收机技术迈出坚实一步，该项目研制
成功大大改善了我国毫米波射电天文的观测手段。核心技术是包含SIS超导结设
计加工技术在内的SIS超导混频技术、4K致冷技术、金属杜瓦、真空技术以及准
光子馈电技术。90-115GHz SIS超导接收系统主要由低温致冷系统、超导SIS接收
机本体和准光子系统组成,该系统主要性能指标达到国际先进水平。
经过近20 多年来的研究，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具有很高的空间分辨率和时间分辨率，使得它在成像
技术及波谱技术方面具有独特的优势；另一方面，THz的能量很小，不会对物质
产生破坏作用，所以与X 射线相比，它又有很大的优势。因此，THz 科学技术
很可能是新一代IT 产业的基础之一。THz 研究之所以成为热点，也是因为THz
的能量太小，其信息特征非常微弱。技术手段缺乏限制了理论研究的进展，研究
上的空白点很多。首先由于THz的辐射源不稳定，没有标准的辐射源；因此，THz
研究定性多，定量难。其二，除砷化镓外，人们也发现了其他半导体的THz 光
电效应，但是都很难进行灵敏度定标。其三，尚未形成完整的各种物质THz 谱
图，每种新物质的THz 谱测试结果都是前沿研究的贡献。现在，人们已知水份
对于大部分的THz 波段有很强的吸收，因此，水对THz 波有屏蔽作用；但是对
于其他光学材料的THz 波特性知之甚少，太赫兹探测系统的制作也有诸多的探
索研究成分。
目前的太赫兹探测系统主要是主动式的，随着探测器技术的进步，会有很
多的高灵敏被动系统投入应用。并且，人们对于各种物质的太赫兹特性会了解的
更多。相信30 年后，人们在太赫兹空间，会发现很多目前人类发现不了的物理
现象，人类用T 射线这只新“眼睛”不仅能“显微”万物、还能“望远”宇宙。
太赫兹技术必将为人类认识物质世界，和改造世界提供更新的知识和手段。
参考：网络材料，讲座记录。
报告人：高强
学号：04011340
