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中国的太赫兹技术研究有望领先全球

编者按:太赫兹波段自从19世纪后期正式命名之后,收到欧美日中等多个国家的高度关注,各国纷纷将其入选改变世界的技术评比之中。尤其是中国,在当中的研究甚至超越了美日,名列世界前茅。本文详细介绍了太赫兹技术的前世今生。

第一次听到“太赫兹”,可能会想“难不成是赫兹的爷爷”。其实“太赫兹”是单位Terahertz的英译,是指100 GHz~10 THz的电磁辐射(也有定义300GHz ~ 10 THz),波长在0.03mm~3mm范围, 如图一所示,在电磁频谱上,太赫兹波段两侧的红外和微波技术已经相对成熟。

从19世纪后期太赫兹波段正式命名之后,涉及太赫兹波段的研究结果和数据却非常稀少,在此频段上,既不完全适合用光学理论来处理,也不完全适合微波的理论来研究,另外在很大程度上受限于有效的太赫兹源和探测器,因此这一波段一度被称为Terahertz Gap“太赫兹鸿沟”。

图1: 太赫兹电磁波频谱介绍 [Physics Inventions]

2004年,美国政府将太赫兹技术评为 “改变未来世界的十大技术” 之一,DARPA(美国国防部高级研究计划局)和NASA(美国国家航空与航天局)自2009年起均投入较大的资金和研发力量,进行太赫兹组件及系统的研发。2005年,日本政府更是将太赫兹技术列为 “国家支柱十大重点战略技术” 之首。

我国政府分别在2005和2014年专门召开了 “香山科技会议” ,制定了我国太赫兹技术的发展蓝图。2016年底, “太赫兹谷” 如火如荼的在乌鲁木齐与中国电子科技集团公司合作下开始建设。另外欧洲,澳大利亚,日韩,台湾等许多国家和地区政府、研究机构、大学和企业纷纷投入到太赫兹研发的热潮中。

随着新技术和新材料的突破,有效太赫兹辐射源和探测器的相继问世, 太赫兹技术的研究和应用才有了较快发展, 在医疗诊断、天文、物体成像、工业探伤、宽带移动通信,雷达探测等众多领域显示了重大的科学价值及实用前景。

近5年来低成本CMOS,新材料太赫兹技术的突破有望改变太赫兹技术仅在军事,航天,高端医疗领域有较多应用的现状,让太赫兹技术进入民用消费级电子市场。

太赫兹应用

下面笔者就结合太赫兹波段的电磁信号特点,向大家介绍一下太赫兹技术的相关应用。

(1) 太赫兹辐射是完全非电离的,由于能量较X射线低很多,对绝大部分的生物细胞无电离伤害,适合对活体生物或组织进行实时检查。如皮肤烧伤或皮肤癌的早期诊断,口腔疾病诊断,活体DNA鉴别等。

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