太赫茲 tera-hertz

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1、電子科學(xué)與技術(shù)新進展──太赫茲技術(shù)精儀學(xué)院電科一班孫甫30102022001、談?wù)勀銓μ掌澘茖W(xué)與技術(shù)的認識什么是太赫茲波太赫茲波（TerahertzWave），是指頻率在0.1-10THz范圍內(nèi)的電磁波（1THz=1012Hz），其波段位于電磁波譜中毫米波和遠紅外光之間（30μm-3mm，所以亦有文獻稱其為亞毫米波），是光子學(xué)技術(shù)與電子學(xué)技術(shù)、宏觀與微觀的過渡區(qū)域。太赫茲波頻段是一個非常具有科學(xué)研究價值但尚未充分研究開發(fā)的電磁輻射區(qū)域。雖然早在上個世紀20年代就有人對太赫茲輻射產(chǎn)生了濃厚的科學(xué)

2、興趣，但其產(chǎn)生和探測技術(shù)與十分成熟的微波、光學(xué)技術(shù)相比仍然十分落后，科研工作者苦于能找到具有高能量、高效率、低造價、且能在室溫下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的THz波輻射源，這就成為限制現(xiàn)代太赫茲技術(shù)發(fā)展的最主要因素。所以直到上個世紀80年代中期以前，人們對這個頻段的電磁波特性知之甚少，形成了遠紅外線和毫米波之間所謂的“太赫茲空白隙”（TerahertzGap）太赫茲波的產(chǎn)生THz波輻射可以利用光學(xué)技術(shù)和電子學(xué)技術(shù)兩種方法來產(chǎn)生。電子學(xué)方法產(chǎn)生THz波的進步主要依賴于微電子制造技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。目前，常見的電子技術(shù)產(chǎn)

3、生THz波的方法有反向波振蕩器（BWO），它可以在亞太赫茲區(qū)域產(chǎn)生頻率連續(xù)調(diào)諧的相干輸出。其它基于電子學(xué)振蕩的THz輻射源還有耿氏（Gunn）振蕩器、布洛赫（Bloch）振蕩器等，它們與反向波振蕩器一樣，都具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，但都尚未實用化、商業(yè)化。近些年來被譽為中遠紅外波段激光技術(shù)革命、具有量子阱結(jié)構(gòu)的量子級聯(lián)激光器，通過能帶設(shè)計，其輸出范圍也逐漸進入了THz波段。屬于真空電子學(xué)范疇的自由電子激光器，理論上可以產(chǎn)生從遠紅外到硬X射線全波段的相干輻射，而且具有頻譜范圍廣、峰值功率和平均功

4、率高、可連續(xù)調(diào)諧以及相干性好等優(yōu)點。光學(xué)方法目前主要有THz波氣體激光器，與超短激光脈沖有關(guān)、能產(chǎn)生寬帶亞皮秒THz輻射的光整流、光電導(dǎo)和等離子體四波混頻等方法，還有非線性光學(xué)差頻方法，以及與晶格振動有關(guān)的太赫茲波參量振蕩方法。但是與十分成熟的微波、光學(xué)技術(shù)相比仍然十分落后，因此研制出高功率、高能量、高效率且能在室溫下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)、寬帶可調(diào)的THz輻射源，并能將其方便、靈活地運用于科研工作和實際生活中，已經(jīng)成為21世紀科研工作者追求的目標和迫切需要解決的實際問題。太赫茲波與其它頻段的波有什么區(qū)別物質(zhì)

5、在THz波頻段的發(fā)射、反射和透射光譜中包含有豐富的物理和化學(xué)信息，并且THz波輻射源與傳統(tǒng)光源相比,具有一些獨特、優(yōu)異的特性。THz脈沖的典型脈寬在皮秒量級，THz脈沖有很高的峰值功率，并且采用相干探測技術(shù)獲得的是THz脈沖的實時功率而不是平均功率，因此有很高的信噪比。THz脈沖源通常只包含若干個周期的電磁振蕩，單個脈沖的頻帶可以覆蓋從GHz直至幾十THz的范圍，因此THz時域光譜技術(shù)作為探測材料在THz波段信息的一種有效的手段，非常適合于測量材料吸收光譜，可用于進行定性鑒別的工作。THz光子的

6、能量低，只有幾毫電子伏特，因此不容易破壞被檢測物質(zhì)。許多的非金屬非極性材料對THz射線的吸收較小，因此結(jié)合相應(yīng)的技術(shù)，使得探測材料內(nèi)部信息成為可能。另外太赫茲技術(shù)還有許多獨特的特性，如在非均勻的物質(zhì)中有較少的散射，能夠探測和測量水汽含量等等。正是因為THz波的這些獨特的性質(zhì)，它將給我們生活中的許多領(lǐng)域帶來深遠的影響，進而改變?nèi)藗兊纳睢?、如果你現(xiàn)在開始從事太赫茲科學(xué)與技術(shù)的研究、開發(fā)或應(yīng)用，談?wù)勀闼邆涞闹R背景，哪些方面希望得到加強太赫茲(THz)技術(shù)涉及電磁學(xué)、光電子學(xué)、半導(dǎo)體物理學(xué)、材料

7、科學(xué)以及通信等多個學(xué)科。它在信息科學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、天文學(xué)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價值。知識背景因為THz脈沖的典型脈寬在皮秒量級，其超高的時域分辨率可以方便地進行時間分辨的研究。例如：利用THz很高的時域分辨率研究CdSe光導(dǎo)量子過渡現(xiàn)象，研究Ti02納米晶格中載流子的輸運過程，以及研究調(diào)控原子／分子的無輻射量子躍遷等方面均取得了重要的新成果。THz脈沖有很高的峰值功率，但是脈沖THz輻射通常只有較低的THz射線平均功率，而且采用相干探測技術(shù)獲得的是THz脈沖的實時功率而不是平均功率，因此

8、有很高的信噪比。目前，在時域光譜系統(tǒng)中的信噪比可達10^5或更高。THz脈沖源通常只包含若干個周期的電磁振蕩，單個脈沖的頻帶可以覆蓋從GHz直至幾十THz的范圍，許多生物大分子的振動和轉(zhuǎn)動能級，電介質(zhì)、半導(dǎo)體材料、超導(dǎo)材料、薄膜材料等的聲子振動能級落在THz波段范圍，而THz輻射技術(shù)又可提取DNA的重要信息，因此，THz在植物，特別是糧食選種，優(yōu)良菌種的選擇等方面可以起重要的作用。總之太赫茲科學(xué)技術(shù)對農(nóng)業(yè)、食品加工等行業(yè)有重要意義。并且由于THz光子的能量低，輻射對人體和其它的物質(zhì)基本沒有任何損