太赫兹科学与技术
太赫兹波在生命科学中的应用研究
太赫兹波在生命科学中的应用研究太赫兹波（THz）是指频率介于0.1-10太赫兹之间的电磁波。
相比于其他波长的电磁辐射，太赫兹波具有更强的穿透力和更小的能量，同时也具备了更高的分辨率和特异性。
近年来，太赫兹技术在生命科学中的应用被广泛研究，涉及到了光谱学、成像学、生物物理学等多个领域，尤其是在肿瘤诊断、蛋白质结构解析、紫外线伤害等方面取得了重要进展。
一、光谱学太赫兹光谱学是研究太赫兹频段物质吸收、透射和反射等特性的学科。
太赫兹光谱学具有非侵入性、无辐射、无毒性等优点，可以研究生物大分子的结构、构象、电荷运动等方面的信息，并在药物筛选、疾病诊断等领域得到应用。
例如，利用太赫兹光谱学技术可以快速、准确地分析化合物中的多个有机酸、醇类化合物的含量和分布，还可以检测人体内的葡萄糖浓度，并对血糖异常、糖尿病等疾病进行早期诊断。
二、成像学太赫兹成像技术可以在不破坏样本的情况下，对样品的内部结构进行高分辨率成像，并对混浊液体、生物材料，甚至是活细胞进行成像。
与其他成像技术相比，太赫兹技术具有渗透深度更大、分辨率更高的特点，能够对细胞结构、分子组成、表面特性等进行全方位的扫描。
例如，通过太赫兹测量心肌细胞中水分子的活动情况，可以研究心肌细胞对水分子的吸收和排放能力，进而对心肌组织的功能进行评估和治疗。
同时，太赫兹成像技术也被广泛应用于肿瘤诊断、眼科医学等领域。
三、生物物理学生物物理学是研究生命现象的物理学科，其中涉及了生物大分子的结构、动力学、相互作用等方面。
太赫兹技术在生物物理学中的应用主要是基于其对生物大分子中谷氨酸、赖氨酸等烷基化基团的特异性探测和较高的分辨率，可以对生物大分子的二级结构、折叠特性等进行研究。
例如，太赫兹技术可以结合同位素标记技术，对蛋白质、核酸等生物大分子的动态折叠过程进行实时监测，为疾病防治提供基础数据。
总之，在生命科学中，太赫兹技术的应用研究已经成为一个前沿和热门的领域，随着技术的不断发展和创新，其在临床医学、药物研发、生物学基础研究等方面的应用前景也将不断扩大。
太赫兹科学技术的研究和应用新进展
（ ａ ／ Ｇ Ａｓ 的 导 带 中 的 次 能 级 间 的 跃 迁 为 基 Ｇ Ａｓ Ａｌ ａ ）
制 导 等 应 用 学科 都具 有 重 要 的研 究 价值 和应 用 前 景 。从 ＴＨｚ 射 源 、 Ｈｚ波 的 检 测 及 标 定 、 辐 Ｔ ＴＨｚ 与 物 质 相互 作 波
用 和 ＴＨｚ 的 应 用 研 究 和应 用 新 进 展 。 波
１ ２ 基 于 光 子 学 的 太 赫 兹 辐 射 源 ．
飞秒 激 光 脉冲 的发 展 给 ＴＨｚ源 带来 了很 大 的
机遇 。已经 发展 了很 多基于 飞秒 激光 脉 冲和 非线 性 光学 晶体 的 ＴＨｚ激光 源 。如 Ｔ Ｈｚ 导 天线 、 光 光整
相 干 的 ＴＨｚ 辐射 源 。
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第２ ４卷 第 １ 期 ０ ２０ ０ ８年 ５ 月
甘肃 科技
Ｇａ ｕ Ｓｃｅ ｃ ｎｄ Ｔｅ ｈｎ ｏ ｙ ｎｓ ｉ ｎ ｅ ａ ｃ ｏｌ ｇ
Ｖｏ ．２ Ｎ ｏ Ｏ １ ４ ．１
Ｍ ａｙ．
２ ８ ００
太 赫 兹科学技 术 的研 究和 应 用新进 展
流 、 线性 差 频 、 非 ＴＨｚ 量 振 荡 器 和 放 大 器 （ Ｐ 参 Ｔ Ｇ， Ｔ Ｏ， Ｐ 和光 学 Ｃ ｅｅ ｋ ｖ辐 射 等 。这 种 方 法 Ｐ Ｔ Ａ） ｈ ｒｎ ｏ
产生 的 Ｔ Ｈｚ 辐射 ， 以是脉 冲 的 ， 可 以是连 续 波 可 也 的 。光脉冲通 过非线性 光学 晶体 可产 生 Ｔ Ｈｚ 辐射 。 差 频发 生器 （ Ｅ ， Ｄ Ｇ） 是一个 三波 混频非 线性过 程 ， 可 产 生 ＴＨｚ 辐射 。天 津 大学 姚 建 铨 院 士 的课 题组 在
太赫兹技术在医学科学中的应用及研究进展
光 电 工 程 ＤＯＩ：１０．１２０８６／ｏｅｅ．２０１８．１７０５２８
Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｉｓ ａｎ ｅｄｇｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｒｅｃｏｇｎｉｚｉｎｇ ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，ｃｅｌｌｓ ａｎｄ ｔｉｓｓｕｅｓ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅｉｒ ｉｎｄｉ— ｖｉｄｕａｌ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｓｐｅ￣ ｌ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｓ ｂｙ ａｓｓｅｓｓｉｎｇ ｔｈｅｉｒ ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ，ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ａｎｄ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｔｓ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｓ ｇｒｅａｔ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｂｉｌｉｔｙ ｆｏ ｒ ｃｌｉｎｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｆｏｒ ｒｅａｌ—ｔｉｍ ｅ ａｎｄ ｌａ－ ｂｅｌ—ｆｒｅｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｈｏｗｅｖｅ￣ ｔｈｉｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｎｅｅｄｓ ｔｏ ｏｖｅｒｃｏｍｅ ｓｅｖｅｒａｌ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ，ｌｉｋｅ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｓａｆｅｔｙ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｒｅｖｉｅｗ，ｗｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｉｎ ｍｅｄｉｃａｌ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｍｅｄｉｃａｌ ｒｅ— ｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ，ａｎｄ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓ ｔｈｅ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ ｏｆ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｓａｆｅｔｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｉｍａｇｉｎｇ；ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；ｍｅｄｉｃｉｎｅ Ｃｉｔａｔｉｏｎ：Ｙｅ Ｈ，Ｘｉ Ｍ Ｒ，Ｃａｏ Ｈ ｅｔ ａＬ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｍｅｄｉｃａｌ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ
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 researchfieldAbstract：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 application0 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。
改变未来世界的十大技术之一--太赫兹技术
改变未来世界的十大技术之一--太赫兹技术
王宏飞
【期刊名称】《全球科技经济瞭望》
【年(卷),期】2005(000)004
【摘要】@@ 何谓太赫兹辐射rn所谓太赫兹(THz)辐射或T射线,通常指的是波长在1～33毫米区间(300GHz～10THz)的电磁辐射,其波段位于微波和红外光之问相当宽范围的电磁辐射区域,等于10的12次方赫兹或1 万亿赫兹.
【总页数】5页(P60-64)
【作者】王宏飞
【作者单位】无
【正文语种】中文
【相关文献】
1.中国太赫兹科学仪器及前沿技术的首次交汇融合——“2012太赫兹科学仪器及前沿技术专题研讨会”会议纪要 [J], 刘玲;胡柏顺;赵国忠
2.《太赫兹科学与电子信息学报》编委会、中国兵工学会太赫兹应用技术专委会工作会与“太赫兹中的微纳科学技术”专题研讨会成功召开 [J],
3.迅猛发展的太赫兹科学技术暨2013第38届国际红外毫米波太赫兹会议报道[J], 张雅鑫;胡旻;刘頔威;刘盛纲
4.太赫兹:又一场"前沿革命"——该技术"空白领域"渐成热闪,将极大地改变人类生活 [J], 江世亮;邱德青;王禹
5.第一届全国太赫兹科学技术与应用学术交流会暨中国兵工学会太赫兹应用技术专委会2012年学术年会征文通知(第一轮通知) [J],
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太赫兹(THz) 科学技术及应用共49页文档
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26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
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27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
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28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
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30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
太赫兹(THz)技术资料讲解
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。
太赫兹成像技术在无损检测中的实验研究
太赫兹成像技术在无损检测中的实验研究 邸志刚;姚建铨;贾春荣;邴丕彬;杨鹏飞;徐小燕 【摘 要】Terahertz imaging is a technique which is under fast developing. In order to utilize it in nondestructive inspection,a novel THz imaging system, which based on continuous scanning system, is proposed. By experiment, the distinct images of different samples such as concealed coin or metal platelet with small holes are acquired. The result indicates that suspicious metal objects can be identified easily by this system. More important, the spatial resolution of this system is better than 0. 5 mm. So we can draw a conclusion that THz imaging can be applied in nondestructive inspection successfully.%太赫兹成像是一种新兴技术,为了将其应用在无损检测领域,提出了一种基于连续扫描的新型太赫兹成像系统.通过对隐藏的硬币和带小孔的金属板等样品进行检测,得到了清晰的图像.实验结果表明通过本成像系统可以对隐藏的金属样品进行鉴别,其空间分辨率低于0.5 mm.因而本系统可以成功地应用于无损检测.
【期刊名称】《激光与红外》 【年(卷),期】2011(041)010 【总页数】4页(P1163-1166) 【关键词】激光光学;太赫兹;太赫兹成像;无损检测;空间分辨率 【作 者】邸志刚;姚建铨;贾春荣;邴丕彬;杨鹏飞;徐小燕 【作者单位】天津大学精密仪器与光电子工程学院,教育部光电信息科学与技术重点实验室,天津大学,天津300072;河北联合大学电气工程学院,河北唐山063009;天津大学精密仪器与光电子工程学院,教育部光电信息科学与技术重点实验室,天津大学,天津300072;河北联合大学电气工程学院,河北唐山063009;天津大学精密仪器与光电子工程学院,教育部光电信息科学与技术重点实验室,天津大学,天津300072;天津大学精密仪器与光电子工程学院,教育部光电信息科学与技术重点实验室,天津大学,天津300072;天津大学精密仪器与光电子工程学院,教育部光电信息科学与技术重点实验室,天津大学,天津300072
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J. Han et al. J. App. Phys. 103, 033108 (2008)
Ultrafast Photonics
谢谢各位专家！希望与各位老师取得更多合作！
韩家广,jiaghan@ 天津大学太赫兹研究中心，
THz Photonics
研究队伍
天津大学太赫兹研究中心
张伟力 教授 长江特聘
韩家广 教授 新世纪人才
何明霞 副教授
欧阳春梅 副教授
田震 博士 谷建强博士 首批公派联合培养博士
宽频太赫兹源 太赫兹超材料 太赫兹雷达 表面等离子激元 非线性太赫兹光学
THz Photonics
3
研究简介
天津大学太赫兹研究中心
Amplifier 8W
Tianjin U niversity
THz radar
Fiber THz System
8F THz-TDS
Cryogenic (1.5 K)+ Magnetic (7.0T)
太赫兹波
X-Rays
UV Visible IR
天
津
大
学
Terahertz Wave 0.1-10 THz Radio
Longqing Cong et al. Laser and Photonics Review (2013)
太赫兹器件研究
8. 低损耗谐振器件
太赫兹器件 Surface Plasmon Sensors
9. 太赫兹传感器
Coating thickness effect
d m k sp Re c d m
天津大学太赫兹研究中心 人工介质
太赫兹与物质 相互作用
实现自然界物质所不具有或不容易 实现的奇异特性。
常规材料
探索光与物质相互作用的微观机制 和机理。
Rotational
Vibrational
Electronic
研究方向
太赫兹雷达
2013：我国第一台太赫兹时域雷达 基于飞秒激光振荡器，高信噪比、宽频、高距离分辨能力 成功实现坦克缩比模型散射截面（RCS）测量 军事、飞船与空间轨道站对接监控
行波管太赫兹源的频率不高，无法进一步提高分辨率，反隐形能力受限制 缺乏太赫兹隐形和反隐形器件 12
太赫兹
太赫兹无线网
天 津 大 学 太赫兹空间通信 发散性好，易于通信定位 与穿越大气层阶段的飞行 器进行通信——独有优势 美国0.6 THz的明码空间通 信我国无法解读！
太赫兹无线网的必然性——10
研究方向
天津大学太赫兹研究中心
采用人工微结构，实现了宽频的太赫兹光偏光器件，以及宽 带平面透镜。 Advanced Materials 25，4567（2013）.
研究方向
天津大学太赫兹研究中心
提出并实验证实超材料中主动式电磁诱导透明（EIT），实现了太 赫兹脉冲群延迟主动调控，用于太赫兹主动慢光器件 《Nature Communications》3, 1151 (2012)
太赫兹器件
5. 太赫兹极化控制器
Longqing Cong et al. New J. Phys. 14, 115013(2012)
太赫兹器件
6. 太赫兹旋光器件
Longqing Cong et al. Appl. Phys. Lett. 103, 171107(2013)
太赫兹器件
7. 太赫兹四分之一波片
中国科协青年科学家论坛 基于人工微结构的太赫兹功能器件研究
报告人：韩家广 教授
天津大学-太赫兹研究中心
2013年12月16日，北京
个人简历
2000年：北京师范大学物理系，本科
2006年：中科院上海应用物理研究所，博士
2006年～2007年：美国俄克拉荷马州立大学电机工程系 博士后，合作导师：张伟力教授 2007年～2010年：新加坡国立大学物理系 李光耀学者，独立研究 2010年归国， 天津大学精密仪器与光电子工程学院 教授、博导，太赫兹平台及团队建设
太赫兹器件
10. 太赫兹调幅器件
Y. Yang et al., App. Phys. Lett. 98,121114(2011)
太赫兹器件
8. Nonlinear 11. 太赫兹非线性器件
C. Zhang et al., App. Phys. Lett. 102,081121(2013)
研究方向
太赫兹器件研究
3. 太赫兹滤波器件
Xueqian Zhang et al. Opt. Lett. 37: 906 (2012)
Q.Li et al. App. Phys. A. 107: 285 (2012)
太赫兹器件研究
4. 主动调频器件
J. Zhu et al. Opt. Commun. 284, 3129 (2011)
0.40
Amplitude Transmission
#87 #89
天
津
大
学
人员安检成像
X射线对人体的伤害
太赫兹穿透衣物的能力和安
0.38
6 GHz
全的光子能量
英美已广泛使用，我国目前
0.85
0.36 (b) 0.81 0.82 0.83 0.84 Frequency (THz)
尚不能生产
THz Photonics
太赫兹时域光谱仪 （THz-TDS）：Teraspectra-H
基于波面倾斜技术的高功率太赫兹时域光谱系统
THz Photonics
太赫兹雷达系统：Teraspectra-Radar
基于太赫兹时域光谱技术的太赫兹雷达系统
THz Photonics
天津大学太赫兹研究中心
Gamma Rays
MicrowaveBiblioteka 10-1310-11
10-9
10-7
10-5
10-3
10-1
10
Wavelength (m)
1 THz 0.3 mm 33 cm-1 4.2 meV
太赫兹波的频率位于微波与可见光之间，
波长在几百个微米量级
太赫兹研究正处于从基础研究到重大应
用的临界点
气体等离子体可产生超宽带高功率脉冲太赫兹，但其泵浦源为飞秒激光 放大级，体积大、耗费高 缺少新的超宽带高功率太赫兹产生机制 太赫兹成像中的探测速度还不够快，难满足民用需求 14 缺乏具有极窄特征峰的传感器件
研究方向
天津大学太赫兹研究中心
采用人工微结构，实现了宽频的太赫兹光偏光器件，以及宽 带平面透镜。 Advanced Materials 25，4567（2013）.
太赫兹 RCS 雷达的优势（与微 波雷达比较）： 极高的空间分辨率和角分辨 率（波长短） 简单的全相参探测方式 (脉 冲技术） 强劲的烟雾穿透能力 反隐身能力（微波段的隐身 设计不适用于太赫兹波段；宽 频特性）
研究方向
太赫兹时域光谱仪
太赫兹光谱仪
航天二院 中国计量院 中国科学院 高等院校
天津大学太赫兹研究中心
采用双折射晶体，首次在太赫兹波段实现了大尺寸的三维隐 身，为大面积太赫兹隐身的应用提供了有力证据。 Advanced Materials 24, 916 (2012).
太赫兹器件研究
2. 太赫兹开关器件
THz Photonics
Z. Tian et al. Opt. Express 18，12482（2010）
Plasmon-induced transparency
Active Control
J. Gu et al, Nature Communications 3, 1151 (2012)
研究方向
天津大学太赫兹研究中心
相 关 研 究 工 作 被 美 国 材 料 学 会 进 行 了 相 关 报 道 。
Plasmon-induced transparency
THz Photonics
太赫兹波
空间微小碎片探测
天
津
大
学
战略太空预警
空间中、微碎片（d<3mm） 的危害：损毁、腐蚀 法国 CERISE 卫星和国际 空间站的警示 太赫兹雷达的优势——分 辨率 天津大学 美国X-37B空天战机试飞及 太空预警的必要性 太赫兹雷达在太空侦测中 的可能性——衰减小 太赫兹雷达的优势——反 隐形
THz Photonics
性能： •高稳定性 •宽可用带宽 •高信噪比
太赫兹时域光谱仪 （THz-TDS）：Teraspectra-F
基于1560nm光纤飞秒激光去的全光纤太赫兹时域光谱系统
THz Photonics
太赫兹时域光谱仪 （THz-TDS）：Teraspectra-A
基于air plasmon 的宽带太赫兹时域光谱系统
Broadband
Z. Zhu et al, Nanotechnology 24，214003（2013)
Plasmon-induced transparency
Broadband
THz Photonics
Z. Zhu et al, Nanotechnology 24，214003（2013)
研究方向
年后15 Gb/s的传输速度必然 要求运用太赫兹
对烟雾的穿透效果好，适合复
杂战场环境
在大气中的衰减赋予保密性广