浅谈太赫兹科学与技术
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。FTIR系统的缺点是其有限的光谱分辨率和在低频(小于3太赫)较低的灵敏度。
脉冲太赫兹源
通过超快激光脉冲(飞秒激光脉冲)对物质的激发可以得到宽波段的脉冲太
赫兹辐射。这里的所谓超快激光脉冲激发实际上包含了多种物理机制, 如光生载流子的加速, 电光晶体中的二阶非线性效应等.
光电导天线是常用的太赫兹脉冲发射器它是由一块半绝缘的半导体材料及
其表面互相平行的一对电极构成的。超快激光脉冲为高速的光电导材料提供瞬态光生自由载流子(光子的能量大于该种材料的能隙宽度), 如果同时在电极上设
置偏置电场, 产生的光生载流子随即被偏置电场加速。根据经典的电磁理论, 这种瞬变的光电流会辐射电磁波。光电导材料的一些物理性质会影响产生的太赫兹的辐射的频谱宽度和强度等。除了外加的偏置电场, 其他的瞬态载流子加速机制, 比如半导体的内建电场加速和光致登伯(photo-Dember) 效应等都会产生太赫兹
辐射。以半导体材料In As为例, 当超快的飞秒激光脉冲照射在In As半导体晶片
表面, 产生的光生载流子(包括电子和空穴) 由于体密度分布梯度会向半导体的内部扩散。因为电子和空穴有着不同迁移率, 它们会具有不同的扩散速率, 从而形成净的电荷移动, 称为登伯效应。电子和空穴之间的空间位移可以形成一个瞬时的垂直半导体表面的偶极子振荡, 这个偶极子振荡将以太赫兹辐射的形式向
外辐射能量。半导体材料GAas的情况和InAs不同, Ga As中能带在材料表面的弯曲在发射太赫兹辐射中扮演了主要角色。光生电子一空穴对在表面电场的作用下反向加速, 从而发射太赫兹辐射.
光整流是太赫兹脉冲产生的另一种机制, 它是电光效应的逆过程。飞秒激光脉冲实际包含一定频谱宽度, 它在非线性晶体中通过二阶非线性过程可以实现
激光频率的下转换, 从而产生太赫兹波段的辐射。这一过程好像对激光脉冲进行整流, 因此称为光整流过程。光整流过程中激光能量向太赫兹能量的转换效率主要依赖于材料的非线性系数和相位匹配条件.
常用的两种相干测量的方法是光电导取样和自由空间的电光取样。自由空间电光取样利用的电光效应是低频电场(太赫兹脉冲)和激光束(光学脉冲)在探测
晶体中的祸合。太赫兹的电场调制探测晶体的双折射,进而调制了通过探测晶体的探测光束的椭圆偏振度。测量探测光束被调制的椭偏度可以得到包括所施加的太赫兹电场的强度和相位等信息。
窄波段太赫兹光源
窄波段发射的太赫兹光源对于要求高频谱分辨率的应用是必需的同时由于
差频测量的需要, 窄波段发射在极宽频带卫星通信上也有广泛的应用前景。很多新的技术目前仍在发展中, 包括无线电波波源升频转换、激光的频率下转换、激光和反向波管等。
利用电子技术产生连续太赫兹辐射目前最常用的辐射源是耿氏(Gunn)二极管振荡器。耿氏二极管振荡器可以直接产生亚太赫兹的电磁辐射, 然后利用微波的升频转换的技术获得更高频率的辐射。升频转换通常是通过使用一个平面肖特基二极管倍增器链实现的, 利用这种方法可以获得频率高达2. 7太赫的辐射.
气体激光器是另一种常用的得到太赫兹辐射的方法。甲烷和氰化物是常用的激光介质如在南极地区进行的红外天文学观测, 物理学家使用气体太赫兹激光器作为差频测量的本地振荡源。
极高能量的太赫兹辐射需要在自由电子激光器中得到。自由电子激光的原理是, 一束高速自由电子在真空中传输并通过具有空间周期变化的强磁场, 在空间周期的洛伦兹力的作用下, 电子束发生振荡井辐射光子。自由电子激光既可以发射连续的窄带太赫兹波,也可以发射宽带的太赫兹脉冲。目前美国杰弗逊国家实验室, 劳伦斯伯克利国家实验室和斯坦福线性加速器中心等都有太赫兹波段的自由电子激光器其中的杰弗逊国家实验室已经得到了平均功率大于100瓦，频率为0. 6太赫的脉冲太赫兹辐射。
一些其他的光学技术也被尝试用来产生窄波段的太赫兹辐射。如1970年代开始的激光非线性混频技术、光学参量发生器和振荡器, 用这种方法已经得到了100毫瓦的输出功率, 其中太赫兹光学参量发生器和振荡器可以在小于3太赫的频率范围内连续可调并具有很好的单色性。光学频率下转换是材料研究的一个很活跃的领域, 分子束外延和其他新的制备工艺已经生产出具有更优异的光学混频特性的材料。
半导体激光是发射窄波段的太赫兹辐射终极技术。使用分子束外延(MBE)工艺得到的祸合量子阱结构已经在1994年得到了量子级联激光。最近量子级联激光已经在红外辐射区域实现, 柯勒( RK6hler)等人在2002年制成了4. 4太赫的量子级联激光器, 这套系统可以在ro开的温度下发射太赫兹脉冲。美国麻省理工学院的胡青研究小组已经成功地实现了在137K温度下发射3.8太赫的量子级联激光
器。
太赫兹技术的应用
太赫兹宽波段辐射通常与太赫兹时域光谱技术(THz—TDS)配合使用。THz —TDS技术是1980年代由AT&T贝尔实验室和IB M公司的沃特森(T.J.W at so n) 研究中心发展起来的。THz —TDS技术可以对太赫兹电场进行相干测量, 这就同时提供了高的灵敏度和具有时间分辨的相位信息。同时THz —TDS 也适用于成像系统以提供更加丰富的光谱图像, 胡斌斌和纳斯(Martin C.Nuss) 在1995年首次使用脉冲太赫兹技术进行了太赫兹成像。通常THz —TDS系统的频谱宽度可以达到2—5太赫, 光谱分辨率是50吉赫, 采集时间低于1分钟, 基于电场的动态范围可以达到50分贝。
太赫兹技术已经被广泛应用于半导体和高温超导体材料特性的研究以及三
维功能性成像(functional imaging), 目前太赫兹技术在基础物理学研究方向的一个热门课题是太赫兹近场成像技术。由于波长的限制, 太赫兹显微技术必须使用近场光学的方法得到高的空间分辨率。目前已经有多种近场太赫兹显微技术的尝试, 根据所采用的限制反应区域大小的方法不同, 这些技术又可以进一步分为: 亚波长尺寸光孔技术, 动态光孔技电光(EO)产生和探测技术,以及探针技术。在上述的太赫兹显微技术中, 探针方法可以得到最高的分辨率。常用的探针方法使用太赫兹光源照射样品, 并测量被金属探针调制的散射或者反射方向的太赫兹信号。新近发展起来的电场诱发太赫兹辐射的显微技术可以达到小于10 纳米的空间分辨率。米特尔曼等最近的研究显示, 一根简单的金属线可以用作太赫兹辐射的波导,金属线波导具有极低的色散和衰减, 以及结构简单的特点, 其具体的物理机制仍在进一步的研究中。
理论上可以证明, 很多蛋白质分子和D N A 分子的集体振动模式存在于太赫兹波段, 因此太赫兹技术也被物理学家运用于生物学研究。带有DNA和其他生物分子的压片已经被测量了在太赫兹波段折射率的实部和虚部,这些样品被证明在低频红外的激发的模式上存在着大量的吸收。同时与传统的荧光标记的基因分析方法相比, 太赫兹技术属于越来越受欢迎的“免标记”(labelfree)的基因测量方法。“免标记”的方法不使用荧光染色剂对基因样品的标定, 从而增加了检测的准确性并减少了检测的准备时间和成本。利用上述提到的比较在太赫兹波段的复数折射率, 太赫兹光谱技术已经显示了分辨单股和双股DNA的能力。最近, 这个研究小组又证明了太赫兹技术具有检测飞摩尔灵敏度的单碱基对变异的能力。
太赫兹波不但在基础科学研究方面. 而且在实际应用领域都有着广阔的应
用前景这里将简要介绍太赫兹技术在无损探伤技术、安全检查以及在医学上的应用。
NASA的科学家认为, 航天飞机外挂燃料舱的隔热板——一种粉末泡沫材料, 由于其内部的缺陷可能在航天飞机起飞时发生脱落, 击中并毁坏航天飞机机体, 并认为这可能就是哥伦比亚号航天飞机失事的原因。但是由于缺乏专门的手段, 这种隔热材料并不能在航天飞机发射前被检查。例如, 这种粉末泡沫材料对于X 射线几乎完全透明, 而对于热和超声波则几乎完全不透明, 因此传统的无损探
伤方法都很难探测出可能埋在表面以下的缺陷。对于这种航空工业中常用的粉末泡沫隔热材料, 太赫兹技术显示了极大的优越性。研究表明, 这种材料对太赫兹辐射有较小的折射率和吸收系数。研究人员利用脉冲的和连续的太赫兹辐射对这种材料进行检测, 均能成功地发现埋藏在泡沫材料中的缺陷, 包括气泡和分层。最深缺陷的埋藏深度超过20厘米。
在恐怖主义袭击的阴影下, 安全检查的重要性日益突现, 机场行李的安全
检查也是近来被普遍关注的问题，。由于太赫兹辐射对皮革、衣物等有较强的穿透能力, 上述的用于对航天隔热材料成像的装置也可以用于对行李和旅客的安
全检查。同时太赫兹辐射具有很小的光子能量, 不会对人体造成类似X 射线的辐射伤害, 因此太赫兹检测是一种安全的检测手段。随着更强的太赫兹光源, 以及太赫兹探测器列阵的发展, 太赫兹检测的速度将大大提高。相对于传统的探测手段,如果危险的物质被藏在行李中, 太赫兹技术将不仅仅能够“看到”行李中的可疑物, 同时还可以根据可疑物的太赫兹光谱特性分辨其所属种类。近期一个研究热点就是寻找爆炸物在太赫兹波段的吸收谱线, 。些常用的爆炸物及其关联物质在太赫兹波段的强烈吸收已经被发现。
在医学和生理学的应用上, 太赫兹技术使用与目前已有的技术不同的方法
可以得到分辨率10微米的病理图像。目前的医学成像技术存在着各种各样的缺陷: 核磁共振成像(MRI)技术不适用于得到组织表面的图像和薄膜组织的图像, 而且实际的应用被昂贵的强磁体和长的检查时间所限制; 广泛使用的超声波成像的
方法是以不同组织对声波的反射和吸收作为基础的, 因此只能提供有限的空间
分辨率(50微米)和对比度; 光学干涉断层摄影(OC叨技术利用飞秒近红外激光
脉冲对组织表面或表面以下的浅层组织成像, 但是这种技术可以成像的深度只
有1~1.25毫米, 生物组织对近红外光的吸收, 强的散射等限制了OCT的应用。太赫兹技术虽不是万能的, 但是可以部分地解决上述困难, 太赫兹技术可以提供
深度达到1 —2厘米的信息, 同时太赫兹生物成像的基础主要是生物组织含水
量的多少以及其他光学参数在太赫兹波段的不同。太赫兹技术的迅速发展为太赫兹在医学和生理学上的应用提供了可能, 在癌症组织检测、龋齿空洞成像等方面物理学家已经进行了很多有益的尝试, 如英国的Tera View公司运用了太赫兹成
像技术对乳腺癌组织进行检查。同时在制药工业上, 由于药物的很多光谱信息在太赫兹波段, 太赫兹技术已经被物理学家用于对雷尼替丁(Zantac)等常用药物的
检测.
太赫兹技术在过去的二十年时间里经历了快速的发展,不断改进的太赫兹光源和探测技术仍在进一步扩展太赫兹技术的应用, 并越来越引起物理学家和工业界的兴趣, 美国MIT《技术评论》杂志把太赫兹技术列为十项将会改变世界的新技术之一,并对太赫兹技术在医疗技术上的应用进行了展望。世界上很多国家如美国，加拿大，英国，德国，、荷兰，、澳大利亚和日本等也都在加大对太赫兹科学和技术研究的投人, 澳大利亚政府在近期成立了澳大利亚国家太赫兹辐射中心。作为一个快速发展的应用物理和理论物理方向，在不远的将来太赫兹技术将在国土安全, 生物医学成像、基因检查、材料研究以及基础物理研究如量子相互作用等领域显示出越来越多的应用。
不同频率的电磁波及太赫兹的简介
不同频率的电磁波及太赫兹的简介 一．电磁波介绍 不同频率的电磁波电与磁可以说是一体两面，变化的电场会产生磁场（即电流会产生磁场），变化的磁场则会产生电场。变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场[1]，这就是电磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波，电磁的变动就如同微风轻拂水面产生水波一般，因此被称为电磁波，也常称为电波。电磁波能有效的传递能量和动量。电磁波是电磁场的一种运动形态。 从科学的角度来说，电磁波是能量的一种，凡是高于绝对零度的物体，都会释出电磁波。 当电磁波频率低时，主要藉由有形的导电体才能传递；当频率渐提高时，电磁波就会外溢到导体之外，不需要介质也能向外传递能量，这就是一种辐射。举例来说，太阳与地球之间的距离非常遥远，但在户外时，我们仍然能感受到和煦阳光的光与热，这就好比是「电磁辐射即由辐射现象传递能量」的原理一样。 在高频电磁振荡的情况下，部分能量以辐射方式从空间传播出去所形成的电波与磁波的总称叫做“电磁波”。在低频的电振荡中，磁电之间的相互变化比较缓慢，其能量几乎全部返回原电路而没有能量辐射出去。然而，在高频率的电振荡中，磁电互变甚快，能量不可能全部返回原振荡电路，于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去。 电磁波为横波。电磁波的磁场、电场及其行进方向三者互相垂直。振幅沿传播方向的垂直方向作周期性交变，其强度与距离的平方成反比，波本身带动能量，任何位臵之能量功率与振幅的平方成正比。其速度等于光速（每秒3×1010厘米）。光波就是电磁波。在空间传播的电磁波，距离最近的电场（磁场）强度
方向相同和量值最大两点之间的距离，就是电磁波的波长。 无线电波3000米～0.3毫米。 红外线0.3毫米～0.75微米 可见光0.7微米～0.4微米。 紫外线0.4微米～10毫微米 X射线10毫微米～0.1毫微米 γ射线0.1毫微米～0.001毫微米 宇宙射线小于0.001毫微米 传真（电视）用的波长是3～6米；雷达用的波长更短，3米到几毫米。 电磁波在传播中携有能量，可以作为信息的载体。这就为无线电通信、广播、电视、遥感等技术开阔了道路。 电磁波的能量大小由坡印廷矢量决定，即S=E×H,其中s为坡印庭矢量，E 为电场强度，H为磁场强度。E、H、S彼此垂直构成右手螺旋关系；即由S代表单位时间流过与之垂直的单位面积的电磁能。 电磁波具有能量，电磁波是一种物质。 二．太赫兹简介 1．简介 太赫兹电磁脉冲或称为THz波（太赫兹波）或称为T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，这一波段的电磁辐射具有很强的透视能力，可以作为一种特殊的
太赫兹科学技术的军事应用
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(THz)技术
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
太赫兹技术及其应用概述
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
第十二章 太赫兹成像在生物医学中的应用
第十二章太赫兹成像在生物医学中的应用 12.1 发展机遇 太赫兹科学在医学方面存在大量机遇。例如，它可以帮助人们提高空间分辨率和数据获取速率；还能帮助人们更好地理解太赫兹在复杂介质中的传播；再如发展内窥镜来观察体内的上皮表层。 太赫兹科学在医学中应用的最好例子如图 12-1所示。利用太赫兹反射式成像，研究人员无需进入到生物体内就可以确定细胞癌肿瘤的范围和深度。另外，利用太赫兹技术还可以探测X射线所无法成像的龋齿，以及对骨组织的进行三维成像。 12.2 应用潜力 太赫兹辐射有望成为一种新的医学成像技术。水虽能强烈吸收太赫兹辐射，但不同组织中的水含量、结构和化学成分的差异正好产生了成像对比度。对于牙齿、皮肤、乳房等器官的研究表明：太赫兹成像能发现其它成像技术无法观察到的特征。图 12-1就表明了太赫兹技术作为诊断工具的潜力。图中(a)部分给出了一个典型的皮肤癌的图像，从该图很难确定这个体内癌变的范围和深度。图 (b)和(c)中给出了它的宽带太赫兹反射图。其中(b)利用表面细节特征进行了一定的优化处理。(c)对200-300μm米的深度进行了优化处理。这两副图显示出了(a)中所无法看到的肿瘤范围。将(d)和(e)中标准的病理学照片与以上这些成像照片作对比，由这些图可以看出太赫兹成像技术在医学上的实力。
图 12-1 皮肤创伤的太赫兹图像 12.3 基本原理 太赫兹辐射具有对生物材料高分辨率（100μm）成像的潜力，因为它的成像对比度机制和目前的成像技术不同。虽然核磁共振能在不同深度成像，同时还会提供一些化学信息，但它不适用于表面或很薄的上皮组织层成像。超声技术基于组织对声波的反射和吸收，其分辨率极限为500μm。目前，研究人员有可能实现太赫兹技术与超声成像技术的相互结合。光学层析(OCT)技术利用飞秒近红外光在表面或表面附近成像。该技术可以提供很高的分辨率和真实的结构信息，但成像的深度限制在1-1.25mm，而且其对比度机制基于组织中光学参数的变化。另外还有一些采用共焦结构或高频谱成像的光学技术，它们也能用于组织的表征成像。值得一提的是，上述的所有光学方法和太赫兹成像技术都是相容的。 太赫兹成像可以提供组织表层下1-2cm的信息，而这一深度取决于组织中的水含量。虽然太赫兹图像的对比度与水含量有关，但局部环境的改变对观察到的信号也有显著的影响。在波导中传输的太赫兹或许能促进内窥方面的应用，同时探测器技术和成像算法的改进应该会使成像质量得到进一步提高。 12.4 太赫兹在生物医学中的应用 在生命科学和医学诊断学领域，太赫兹成像技术势必会与已有的成像技术相抗衡，甚至会超越后者。在这一领域中，太赫兹成像有着巨大的潜力。它是研究树木年代学、病理学等的有力工具。 12.4.1 树密度测绘 树木的宏观密度是木材和纸厂的一个关键参量，而且在木材加工过程中还是要经常测定它的宏观密度。但是从科学角度来说，还是木材的微观密度波动比较有研究价值。特别地，与树的年轮相关的不同密度有着非常高的利用价值，是树木年代学研究领域的中心。从这些年轮的密度轮廓，树木年代学家能得到气候变化的情况及过去几个世纪的森林燧石信息。 太赫兹成像能够有效的对数密度进行测量。为证明这一点，现以水青冈（山毛榉）实验为例。由于太赫兹辐射对水有很高的灵敏度，所以先将14×14×1.7mm3
射电天文及太赫兹技术的应用与发展
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。
第一届全国太赫兹科学技术学术年会会议手册
第一届全国太赫兹科学技术学术年会 会议手册 2015.3.25-27四川成都 主办单位：太赫兹科学协同创新中心，中国电子学会太赫兹分会 承办单位：自然科学基金-中科院太赫兹科学技术前沿发展战略研究基地，863-12专家组，中国电子科技集团公司第十三研究所专用集成电路 国家级重点实验室，电子科技大学物理电子学院 金牌赞助商：成都至上兴邦科技有限公司
第一届全国太赫兹科学技术学术年会 会议组织机构 大会主席：刘盛纲院士 大会委员会： 高级顾问：陈佳洱院士、周炳琨院士 主席团：刘盛纲院士、吴培亨院士、姚建铨院士、庄松林院士、范滇元院士、杨国桢院士、褚君浩院士、龚知本院士、樊明武院士、刘永坦院士、雷啸霖院士、吴一戎院士、李树深院士、金亚秋院士、许宁生院士、牛憨笨院士、彭堃墀院士、王育竹院士、朱中梁院士、涂铭旌院士、林祥棣院士、姜文汉院士、郭光灿院士、李言荣院士、龚克教授、谢维信教授 委员：陈健、罗先刚、刘濮鲲、蒋亚东、曹俊诚、张存林、崔铁军、冯志红、汪力、张伟力、唐传祥、金飚兵、王华兵、常胜江、盛政明、施卫、秦华、刘峰奇、刘伟伟、朱亦鸣、王金淑、姜万顺、杨梓强、鄢扬 会议执行主席：喻胜 会议秘书长：张雅鑫 副秘书长：钟任斌
第一届全国太赫兹科学技术学术年会 会议安排 会议时间：2015年3月25日-27日 时间安排： ●3月25日报道 ●3月26-27日会议 会议地点：电子科技大学沙河校区一教 会议报告形式： ●4份大会特邀报告（报告时间35分钟，提问时间5分钟） ●23份主题报告（报告时间20分钟，提问时间5分钟） ●20份口头报告（报告时间12分钟，提问时间3分钟） ●63份张贴报告 参展公司： 金牌赞助：成都至上兴邦科技有限公司 会议赞助：上海铭剑科技有限公司 （按笔画排名）中国电子科技集团公司第四十一研究所 北京先锋科技有限公司 成都美克锐科技有限公司
太赫兹技术及其在研究领域的应用
太赫兹技术及其在研究领域的应用 摘要：简要介绍了太赫兹技术的国内外发展状况，由于太赫兹波在电磁波谱中的特殊位置，其表现出优越的特性，太赫兹科学技术已成为本世纪最为重要的科技问题之一。通过对太赫兹基础研究领域的分析，阐明了太赫兹波的作用机理及相关器件的发展。太赫兹技术在成像、通讯、航空及生物医药等领域有着广阔的应用前景。随着技术理论的不断发展及成熟，太赫兹技术必将对国民经济和国家安全产生重大影响。 关键词：太赫兹；太赫兹技术；基础研究；太赫兹应用 Terahertz technology and its applications in research field Abstract：The development of Terahertz technology at home and abroad is briefly summarized, and the special position of THz wave in electromagnetic spectrum, it shows the superior characteristic. So Terahertz Science and technology has become one of the most important scientific and technological problems in this century. Through the analysis of the THz basic research field, the mechanism of THz wave and the development of the related devices are elucidated. THz technology has broad application in imaging, communications, aviation and biomedical and other fields. With the development of technology theory, THz technology will have a great impact on national economy and national security. Key words：Terahertz; Terahertz technology; basic research; Terahertz application 0 引言 随着现代科学技术的迅猛发展、各国之间科技竞争的加剧及社会信息化进程的不断加快，高新技术越来越成为各个国家之间竞争力水平的标志。太赫兹技术由于其一系列的优点及其广泛的应用价值成为世界各国研究机构关注的焦点，太赫兹技术也成为本世纪重大新兴科学技术领域之一[1]。太赫兹波是指频率范围为0.1~10.0THz的电磁波，波长范围为0.03~3.00mm，介于微波频段与红外之间，兼具二者的优点[2]（如图1所示）。它的长波段与毫米波(亚毫米波)相重合，其发主要依靠电子学科学技术；在短波段与红外线相重合，主要依靠光子学科技术发展，可见太赫兹波是宏观电子学向微观电子学过渡的频段，在电子波频谱中占有很特殊的位置，表现出一系列不同于其他电磁辐射的特殊性能。但长期以来由于缺乏有效的太赫兹辐射产生和检测方法，导致太赫兹频段的电磁波未得到充分的研究和应用，被称为电磁波谱中的“太赫兹空隙(THz gap)”。从过去二十多年前开始，随着太赫兹辐射源和太赫兹探测器的相继问世，太赫兹技术的研究和应用才有了较快发展，在医疗诊断、雷达通讯、物体成像、宽带移动通信、军事航空等领域显示了重大的科学价值及实用前景，与此同时，其他方面的工程应用潜力也受到关注。
太赫兹技术各种应用
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.360docs.net/doc/8f4945658.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；
【2019年整理】太赫兹技术发展展望
太赫兹技术发展展望 1 太赫兹波简介 1.1 太赫兹波发现 按传统的分类形式，电磁波分成无线电波、红外线、可见光、紫外线、α射线、γ射线等。随着对电磁波的深入研究，人们发现在电磁波谱中还有一个很特 殊的位置，如图 1.1所示。 这就是太赫兹波即THz波（太赫兹波）或称为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。 1.2 太赫兹波的特点 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。 （1）量子能量和黑体温度很低： Wave number Wavelength Frequency Energy Blackbody Temp. 1cm-110mm30GHz120μeV 1.5K 10cm-11mm300GHz 1.2meV15K 33cm-1300μm1THz 4.1meV48K 100cm-1100μm3THz12meV140K 200cm-150μm6THz25meV290K 670cm-115μm20THz83meV960K （2）许多生物大分子，如有机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。 （3）THz辐射能以很小的衰减穿透物质如陶瓷、脂肪、碳板、布料、塑料等，因此可用其探测低浓度极化气体，适用于控制污染。THz辐射可无损穿透墙壁、布料，使得其能在某些特殊领域发挥作用。 （4）THz的时域频谱信噪比很高，这使得THz非常适用于成像应用 （5）带宽很宽（0.1—10T）Hz。 （6）很短的THz脉冲却有着非常宽的带宽和不同寻常的特点。 在我国未来的太空研究和探月计划中, THz波也可以提供包括星球表面特性和极区辐射特性的诸多重要信息。综上所述, THz科学不仅是科学技术发展中的重要基础问题,又是国家新一代信息产业、国家安全以及基础科学发展的重 大需求,对国民经济以及国防建设具有重大的意义。与此相适应,世界各国都对THz波的研究给予极大的关注,并部署了多个重大的国家级以及国际合作研究 计划,取得了一些突破性的成果,有些已具有实用价值。另一方面,国内在THz 研究的理论和实验方面也取得了一些重要成果,在国际上产生了一定的影响,为我国THz技术的研究和发展打下了扎实的基础。
太赫兹波的特点
太赫兹波的特点 ?（1）高透射性：太赫兹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，可用于安检或质检过程中的无损检测。 （2）低能量性：太赫兹光子能量为4.1meV（毫电子伏特），只是X 射线光子能量的108 分之一。太赫兹辐射不会导致光致电离而破坏被检物质，非常适用于针对人体或其他生物样品的活体检查。进而能方便地提取样品的折射率和吸收系数等信息。 （3）吸水性：水对太赫兹辐射有极强的吸收性，因为肿瘤组织中水分含量与正常组织明显不同，所以可通过分析组织中的水分含量来确定肿瘤的位置。 （4）瞬态性：太赫兹脉冲的典型脉宽在皮秒数量级，可以方便地对各种材料包括液体、气体、半导体、高温超导体、铁磁体等进行时间分辨光谱的研究，而且通过取样测量技术，能够有效地抑制背景辐射噪声的干扰。 （5）相干性：太赫兹的相干性源于其相干产生机制。太赫兹相干测量技术能够直接测量电场的振幅和相位，从而方便地提取样品的折射率、吸收系数、消光系数、介电常数等光学参数。 （6）指纹光谱：太赫兹波段包含了丰富的物理和化学信息。大多数极性分子和生物大分子的振动和转能级跃迁都处在太赫兹波段，所以根据这些指纹谱，太赫兹光谱成像技术能够分辨物体的形貌，分析物体的物理化学性质，为缉毒、反恐、排爆等提供相关的理论依据和探测技术。 太赫兹波的产生 ?（1）通过FTIR（Fourier Transform Infrared Spectrometer）使用热辐射源产生，如汞灯和SiC棒； （2）是通过非线性光混频产生； （3）是通过电子振荡辐射产生，如反波管、耿式振荡器及肖特基二极管产生； （4）是通过气体激光器、半导体激光器、自由电子激光器等THz激光器直接产生。目前产生THz脉冲常用的方法有光导天线法、光整流法、THz参量振荡器法、空气等离子体法等，其中空气等离子体能产生相对较高强度的THz波而备受关注，此外，还可以用半导体表面产生THz波。 太赫兹波的研究现状 ?太赫兹波现象其实早已为人们所发现，然而早期因缺乏有效的太赫兹波产生和探测技术，使得相关研究进展极其缓慢[2]。进入20世纪80年代后，激光技术的迅速发展为研究有效太赫兹波的产生和探测技术孕育了基础。据文献报道，1983年 D.H.Anston[3]首次利用光学技术，通过超短激光脉冲激发光电导天线产生了相干脉 冲宽带THz辐射。鉴于D.H.Auston做出的巨大贡献，光导天线后来常被称为“Auston switeh”。紧接着，D.Grischkowsky和D.H.Auston等又开发出了基于超短激光脉冲激发光电导天线的THz时域光谱探测技术。这种基于基于超短激光脉冲激发光电导天线的太赫兹波产生和探测技术至今仍然是实验设备应用的主流。1990-1992年，X.C.zhang和D.H.Auston[4]等又提出了原理上完全不同的太赫兹波产生与探测方法一基于瞬态电光取样及其逆过程的THz产生与探测技术。 至此，太赫兹波的产生与探测技术虽然还不成熟，但已经能够用于相关仪器的制造与生产，为科研人员研究太赫兹波与物质相互作用提供了必备的实验手段。太赫兹科学和技术有极大的应用潜力，但目前还受太赫兹辐射源的限制，比如：产生的太赫兹辐射强度不高、带宽不够宽、能量转化效率低等因素，所以太赫兹领域的发展还需更大的努力。
太赫兹应用及其产生方法
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。
太赫兹技术及其应用详解
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。
浅谈太赫兹科学与技术
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。FTIR系统的缺点是其有限的光谱分辨率和在低频(小于3太赫)较低的灵敏度。
太赫兹的功效与作用
太赫兹的功效与作用： 太赫兹波对人体的好处： 01、激活生物大分子的活性，使人体的分子能够被激发而处于较高振动状态。这样便激活了核酸蛋白质等人体大小分子的活性，从而发挥了人体大分子调节机体代谢等活动的功能，有利于机能的恢复和平衡，达到防病治病的目的。 02、促进和改善血液循环。太赫兹波作用于皮肤后，大部分能量被皮肤所吸收并转化为热能，引起皮温升高，刺激皮肤内热感受器，通过丘脑反射，使血管平滑肌松弛，血管扩张，血液循环加快。另一方面，由于热作用，引起血管活性物质的释放，血管张力降低，浅小动脉，浅毛细管和浅静脉扩张，血液循环加快。 03、增强新陈代谢，如果人体的新陈代谢发生紊乱，引起体内外物质的交换失常，那么，各种疾病将会不约而至，诸如水和电解质代谢的紊乱，将给生命带来危险；糖代谢紊乱所致的糖尿病；脂代谢紊乱引起的高脂血症，肥胖症；蛋白质代谢紊乱引起痛风等等。太赫兹波热效应,可以增加细胞的活力调整神经液机体,加强新陈代谢，使体内外的物质交换处于平稳状态。 04、提高人体功能：是人体的一种生理保护反应，它包括细胞和体液两种，对人体防御功能和抗感染作用有极其重要的作用。经临床观察，太赫兹能量穿戴确有提高机体的细胞吞噬功能，增强人体的细胞和人体液功能，有利于人体的健康。
05、镇痛消炎消肿作用：太赫兹波的热效应，降低了神经末梢的兴奋性，血液循环的改善，水肿的消退，减轻了神经末梢的化学和机械刺激。以上种种原因，均起到缓解疼痛的作用。 06、调节自律神经，激活生物分子链活性，有效增加末端微循环。 07、护肤美容，皮肤自主呼吸顺畅，可有效排出皮肤内的毒素，减缓色斑，预防青春痘等常见皮肤亚健康状态。 08、女性乳腺患者，可加快微循环，促进血液循环，明显改善瘀、堵不畅所引发的乳房胀痛、乳叶增生等不适感。 太赫兹技术在生物医学方面的应用，生物大分子相互作用是重大生命现象与病变产生的关键动因，而太赫兹光子能量覆盖了生物大分子空间构象的能级范围。该频段包含了其他电磁波段无法探测到的直接代表生物大分子功能的空间构象等重要信息。因此，可以发展一种利用太赫兹探测和干预生物大分子相互作用过程的新理论和新技术，为当前重大疾病诊断、有效干预提供先进的技术手段。 中国工程物理研究院流体物理研究所李泽仁研究员也表示，目前通过国家对太赫兹源、探测器及成像系统等关键技术与仪器设备的大力支持，我国已基本具备开展太赫兹生物医学研究的基础。 THz太赫兹波介于电磁波和光波之间 是电磁波和光波的源头，具有电磁波和光波的双重作用 对人体而言，接近中医讲的元气 所有生命从生到老到病到死，就是THz太赫兹波不断衰减导致
太赫兹光学器件介绍和国产化历程
太赫兹光学器件国产化现状 汇睿光电王冬 从首都师范大学张存林老师带领的团队第一次开始对太赫兹毫米波研究至今，国内对太赫兹方面的理论和应用研究已经有了近15年的时间，对太赫兹光学器件的需求从完全依赖进口到现在可以完全国产化，也只用了不到10年的时间。本文主要介绍一下太赫兹光学器件的种类和功能，以及国产化工艺发展。一、太赫兹透镜、窗口 太赫兹透过率比较好的材料主要有高分子材料和高阻硅，其中高阻硅的折射率高，更适合做透镜材料。高分子材料中TPX透太赫兹的性能最好，但光学级别的TPX材料由于压注成型时收缩比高，型材成品率低，导致价格昂贵。目前太赫兹窗口材料一般选用聚四氟乙烯、高密度聚乙烯、TPX、高阻硅，这几种材料同时也是太赫兹透镜的主要材料。 太赫兹透镜种类很多，常见的主要有平凸非球面透镜（目前德国Menlosystem 的大部分透镜都是这种）、锥透镜（用来产生贝塞尔光束）、螺旋相位板、柱透镜、 多半球透镜、为了减小厚度的菲涅尔透镜等。太赫兹透镜在太赫兹光谱仪和成像
仪中起的作用一般为准直聚焦作用，或者逆向使用。 国内目前做的比较好的公司有汇睿光电和明阳光学，加工工艺主要是单点金刚石车床车削工艺，高阻硅透镜也可以用传统光学冷加工工艺加工。从科研配套逐步发展为货架产品，所有品类透镜和窗口均已实现国产，且价格相对于进口产品有一定优势。 二、太赫兹反射镜 太赫兹反射镜最常用的要数太赫兹光谱仪中的离轴抛物面镜了，功能就是对太赫兹平行光束反射聚焦，也可逆向使用，一般为铝合金基底，传统机械加工毛坯，然后用单点金刚石车床车削反射面，镀保护金膜能够实现对太赫兹波段95%以上的反射率。汇睿光电是国内唯一一家生产经营离轴抛物面镜货架产品的公司，产品覆盖几十种规格，库存近千片，产品参数可匹配索雷博和EO光电等
太赫兹科学与电子信息学
太 赫 兹 科 学 与 电 子 信 息 学 报 TAIHEZI KEXUE YU DIANZI XINXI XUEBAO 第17卷 第3期 2019年6月 目次 太赫兹科学技术 一种D波段小型化定向耦合器芯片设计……………………………………………………………………罗显虎，程 序，张 亮，等 (353) 太赫兹量子级联激光器光注入特性………………………………………………………………………李源远，杨 宁，楚卫东 (359) 太赫兹倍频器研究进展…………………………………………………………………………………………………宋瑞良，汪春霆 (364) 动态可调的太赫兹超构表面……………………………………………………………………………………………王 腾，张 岩 (368) 星载大口径太赫兹反射面天线设计与实现…………………………………………………………………施锦文，周卫来，禹旭敏，等 (373) 基于太赫兹时域光谱技术的橡胶材料无损检测…………………………………………………………陈奇，李丽娟，任姣姣，等 (379) 探测制导、测控通信与电子对抗 一种用于遥测多符号检测的位同步算法…………………………………………………………………周 游，刘荣科，段瑞枫，等 (385) 某新型仪器舱的拓扑优化设计……………………………………………………………………………贺李平，吴 瑕，刘建壮(390) 基于星敏感器的跟瞄系统在轨标定方法…………………………………………………………………高 原，张卫华，郑循江，等 (394) 多光束周视激光引信与定向战斗部的配合…………………………………………………………………孔德浩，路 明，苏益德 (402) 环渤海大气波导监测和试验方法…………………………………………………………………………王 娜，贺荣国，金振中 (408) 分布式孔径相参合成雷达技术试验验证与分析…………………………………………………………周宝亮，周东明，高红卫，等(413) 无线定位中基于旋转不变PM的时延估计…………………………………………………………………李海文，陈 松，张 龙，等(418) 典型战术Ad Hoc电台一维组网连通性仿真与分析………………………………………………………杨会杰，王 巍，刘伯栋，等(424) 电磁场与微波 单馈点宽带圆极化交叉偶极子天线……………………………………………………………………………………商 锋，韩娇娇 (430) 基于共享数据库的空间电磁环境监测方法与系统…………………………………………………………程俊平，徐志坚，贾晓静，等 (435) 阵元失效对相控阵天线绝对时延影响分析…………………………………………………………………陈腾博，杜海龙，江 涛 (440) 一种宽带微带八木天线的设计………………………………………………………………………………………商 锋，李晓娇 (445) 宽带高增益圆极化微带天线与阵列…………………………………………………………………………朱乃达，杨雪霞，邱厚童 (448) 四线圈并联谐振磁耦合无线传能系统设计………………………………………………………………马菁勖，钟 贻，陈 星 (452) 信号与信息处理、计算机与控制 雷达动目标变换域相参积累检测及性能分析………………………………………………………………孙艳丽，陈小龙，柳 叶 (457) 基于嵌套阵列的稀疏表示稳健波束形成方法……………………………………………………………周荣艳，李 孟，谭伟杰 (462) 电压模式Buck变换器典型工作状态分析…………………………………………………………………孙方雅，祝熙彤，李泽宇，等 (469) Oldham分形链与Liu-Kaplan分形链分抗的阻纳函数求解………………………………………………高小龙，袁 晓，施卜椿 (474) 声乐主旋律的自动提取………………………………………………………………………………………陆 雄，夏秀渝，蔡 良，等 (482) 高光谱技术在血迹分类识别中的应用…………………………………………………………………………李成成，赵明富，汤 斌，等 (489) 用于HRRP超分辨处理的RELAX算法性能分析…………………………………………………………孙晶明，王梓谦，杨予昊，等 (495) 基于深度学习与社交感知的地点推荐…………………………………………………………………………王 磊，高 宸，周 蓓，等 (502) 微电子、微系统与物理电子学 基于第一性原理的单层SnSe2二维薄膜的气敏效应………………………………………………………官德斌，杨 芳，余 堃，等 (509) 一种抗辐照的光电探测芯片设计…………………………………………………………………………何林彦，罗 萍，周 枭，等 (515)低温溶液法制备氧化钼及其在QLEDs中的应用…………………………………………………………张婷婷，顾小兵，杨培志，等 (519) 适用于FPGA的浮点型DSP硬核结构设计…………………………………………………………………赵 赫，黄志洪，余 乐，等 (524) Cascode混沌电路负阻模型与电路设计……………………………………………………………………陈文兰，郑林华，杨星华 (531) 利用法拉第筒测试环形强流电子束束流…………………………………………………………………朱晓欣，谭维兵，苏兆峰，等 (536) 基于FPGA的抗辐照加固波控单元设计……………………………………………………………………………肖文光，姚佰栋 (541) 简讯 中国电子学会电路与系统分会“第三十届学术年会”暨“首届电路与系统周”征文通知 (358) 会讯几则………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………(n1)期刊基本参数：CN51-1746/TN*2003*b*A4*193*zh*P*￥20.00*1300*35*2019-06