太赫兹（波动频率单位）
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更新时间：2023-05-31
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太赫兹波动频率单位是电磁波频率的单位之一，等于1,000,000,000,000Hz，通常用于表示电磁波频率。太赫兹波具有很多独特的优点，是一种新的辐射源，太赫兹技术也是一个非常重要的前沿领域，为技术创新、国民经济发展和国家安全提供了非常诱人的前景。太赫兹
波动频率单位
太赫兹（Tera Hertz，THz）是波动频率单位之一，又称为太赫，或太拉赫兹。等于1,000,000,000,000Hz，通常用于表示电磁波频率。
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可能引发科学技术的革命性发展。
基本信息
| 中文名 | 太赫兹 |
| 外文名 | terahertz |
| 别名 | THz |
| 实质 | 频率单位 |
| 用于表示 | 电磁波频率 |
定义
太赫兹
太赫兹(THz)波的波段能够覆盖半导体、等离子体，有机体和生物大分子等物质的特征谱；利用该频段可以加深和拓展人类对物理学、化学、天文学、信息学和生命科学中一些基本科学问题的认识。THz技术可广泛应用于雷达、遥感、国土安全与反恐、高保密的数据通讯与传输、大气与环境监测、实时生物信息提取以及医学诊断等领域。因此，THz研究对国民经济和国家安全有重大的应用价值。
历史
早期太赫兹在不同的领域有不同的名称，在光学领域被称为远红外，而在电子学领域，则称其为亚毫米波、超微波等。在20世纪80年代中期之前，太赫兹波段两侧的红外和微波技术发展相对比较成熟，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“THz Gap”。
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。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。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：“Nextray, T-Ray！”。
特点
- 量子能量和黑体温度很低，如表1所示。
- 许多生物大分子的振动和旋转频率都处于THz波段，所以利用THz波可以获得丰富的生物及其材料信息。
- THz辐射能以很小的衰减穿透如陶瓷、脂肪、碳板、布料、塑料等物质。
- THz的时域频谱信噪比很高，使THz非常适用于成像应用。
- 瞬时带宽很宽(0.1～10THz)，利于高速通信，如右图所示。
应用
THz时域光谱技术
太赫兹
安全检查
利用安全检查应该说是现阶段最吸引人的THz技术，它的本质原理是THz成像，目前由于目前主要采用连续波THz源，而且又由于它要解决的是目前最受人关注的反恐、缉毒等最让人关注的问题，所以单列出来。目前英国发展的THz安检设备已经进入试用阶段。由于THz射线的穿透性和对金属材料的强反射特性，并且THz的高频率使得成像的分辨率更高，所以可以很容易看到隐藏在衣物、鞋内的刀具、枪械等物品。同时如果结合THz的物质鉴别特性，能够区分你身上是否携带炸药或毒品。首都师范大学THz实验室已经建立了常见的炸药和毒品的数据谱库，可以设想再过几年，可以真正在机场见到真正的THz安检的设备。另外，世界范围内引起社会动荡的自杀式炸弹恐怖袭击，也可以利用THz安检设备进行防范。因为站岗的可以不再是士兵或保安人员，而是THz安检仪，人们不需要靠近可疑分子就可以对其进行检查。
THz雷达
实际上也是成像的一种。鉴于大气中水分对THz射线的强吸收作用，所以近距离雷达是THz射线的优势所在。一个非常让人向往的应用是穿墙雷达和探雷雷达，当然也可以用于抗震救灾中遇难者的搜救，目前还处于研发阶段。这是由于墙壁，木材等材料对THz透过，而人体包含大量水分，不透过THz，因此可以透过墙壁侦查到屋内的人员的分布和活动，将反恐怖反绑架起到深远的影响，同理也可以用于废墟下人体的寻找。而探雷雷达是由于地雷一般在地表或地表附近，而干燥的泥土可以透过THz射线，而地雷将会把THz射线反射回来，从而可以发现目标。
天文学
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。
通信技术
THz用于通信可以获得10GB/s的无线传输速度，特别是卫星通信，由于在外太空，近似真空的状态下，不用考虑水分的影响，这比当前的超宽带技术快几百至一千多倍。这就使得THz通信可以以极高的带宽进行高保密卫星通信。虽然由于缺乏高效的THz发射天线和源，使其还无法在通信领域商业化，但这必将由新型的发射装置和发射源所解决。
太赫兹辐射
报告指出，一纳升水虽然听起来不多，但对很多实验来讲已经足够。一皮秒比一眨眼的时间还要快很多，因此这种烧开水的方法可称得上是迄今最快的。
虽然这一“烧水”法尚未投入实践，但研究人员表示，水在许多化学与生物过程中扮演重要角色，新发现或可为化学与生物领域提供更多实验可能。
生物医学
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。
其他
目前，笼统的说THz技术的研究主要围绕三大部分内容展开，THz产生源、THz探测和应用研究。目前最大的困难还是没有高功率便携式连续可调的成本较低的THz发射源和满足现实要求的滤光片，另外也没有能够常温下直接探测太赫兹射线的被动式探测器。
发展现状
THz科学与技术已经被国际科学界公认为是下一代IT产业的基础，吸引各国科学家目光的同时也吸引了不少国外公司进行THz商业化产品的开发。近年来THz科技产业化发展迅猛，包括THz辐射源、THz探测器、THz谱分析系统、THz成像系统等产业化技术已经成功地应用于多个领域，目前世界上已经有超过80家的高科技公司研发销售THz的相关产品，它们主要集中在欧洲、美国，其中不乏实力雄厚的大型企业。THz领域已经逐渐成为高新科技产业技术的必争之地。
由美国Univ. of Michigan及Univ. of Stanford孵化出Picometrix公司主要生产THz检测系统，用THz成像系统检查宇宙飞船外壁薄板内部缺陷，已投入使用；Rensselaer Polytechnic Institute孵化了ZOMEGA公司，主要生产THz谱分析系统、成像系统，其一款产品Mini Z已具备了机载检测的可能。近年来，一些美国知名企业也纷纷将目光转向THz产品的生产，包括Coherent公司、VDI公司、Thorlabs公司、ImraAmerica公司、Physical science公司等，其中VDI公司主要生产THz、毫米波固态振荡源及小型集成系统，产品频率最高能达到1.7THz，主要用于卫星通信、天文探测、气象监测、遥感成像等领域；IBM公司开发出硅锗THz微处理器芯片IBM．GeorgiaTech，室温下芯片的时钟频率可达到0.35THz，远远高于标准的PC处理器芯片，在低温环境下，锗芯片能够获得更高的性能，时钟频率可达到0.5THz。
英国建立了ThruVision公司专门从事有关THz成像的商品化工作，开发出被动式THz成像仪，目前已有商业化无源THz成像系统。英国剑桥大学孵化出的高科技公司TeraView从事THz摄像机的开发，研制的TPI Imaga 1000和TPI Imaga 2000三维成像系统，是国际上首台用于材料物理化学特性的THz商业成像系统，可用于无损分析和检测。英国的EI公司已经生产出THz气体激光器：爱尔兰的Farran公司也从事THz源及探测器产品的开发。此外，德国、瑞士、法国等国近年来也出现了多家基于生产THz技术相关产品的公司。亚洲相关公司主要集中在日本和韩国。如日本Nikon公司已经生产YRayfact系列THz成像系统：村田制作围绕THz技术也开发出了新的THz相关应用商品；日本富士通公司如今也己开始从事THz激光器的研究；台湾联华电子(UMC)采用其0.13μm RFCMOS工艺技术，已制造出振荡频率为0.192THz的双推式电压控制振荡器，创下了目前硅芯片最高振荡频率的纪录(若采用65nm工艺，振荡频率预计可达到0.35～0.4THz)。综上所述，以THz科技为基础的新一代IT产业已开始逐步形成，THz科技产业化在今后将会逐渐步入到工业生产、医疗检测、环境监测、安全检查等领域。
前景
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