太赫茲技術(shù)發(fā)展展望

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1、太赫茲技術(shù)發(fā)展展望1太赫茲波簡介1.1太赫茲波發(fā)現(xiàn)按傳統(tǒng)的分類形式，電磁波分成無線電波、紅外線、可見光、紫外線、α射線、γ射線等。隨著對電磁波的深入研究，人們發(fā)現(xiàn)在電磁波譜中還有一個很特殊的位置，如圖1.1所示。這就是太赫茲波即THz波（太赫茲波）或稱為THz射線（太赫茲射線），是從上個世紀(jì)80年代中后期，才被正式命名的，在此以前科學(xué)家們將統(tǒng)稱為遠(yuǎn)紅外射線。太赫茲波是指頻率在0.1THz到10THz范圍的電磁波，波長大概在0.03到3mm范圍，介于微波與紅外之間。實際上，早在一百年前，就有科學(xué)工作者涉及過這一波段。在1896

2、年和1897年，Rubens和Nichols就涉及到這一波段，紅外光譜到達(dá)9um（0.009mm）和20um（0.02mm），之后又有到達(dá)50um的記載。之后的近百年時間，遠(yuǎn)紅外技術(shù)取得了許多成果，并且已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化。但是涉及太赫茲波段的研究結(jié)果和數(shù)據(jù)非常少，主要是受到有效太赫茲產(chǎn)生源和靈敏探測器的限制，因此這一波段也被稱為THz間隙。隨著80年代一系列新技術(shù)、新材料的發(fā)展，特別是超快技術(shù)的發(fā)展，使得獲得寬帶穩(wěn)定的脈沖THz源成為一種準(zhǔn)常規(guī)技術(shù)，THz技術(shù)得以迅速發(fā)展，并在實際范圍內(nèi)掀起一股THz研究熱潮。1.2太赫茲波的特點目

3、前，國際上對太赫茲輻射已達(dá)成如下共識，即太赫茲是一種新的、有很多獨特優(yōu)點的輻射源；太赫茲技術(shù)是一個非常重要的交叉前沿領(lǐng)域，給技術(shù)創(chuàng)新、國民經(jīng)濟發(fā)展和國家安全提供了一個非常誘人的機遇。（1）量子能量和黑體溫度很低：WavenumberWavelengthFrequencyEnergyBlackbodyTemp.1cm-110mm30GHz120μeV1.5K10cm-11mm300GHz1.2meV15K33cm-1300μm1THz4.1meV48K100cm-1100μm3THz12meV140K200cm-150μm6T

4、Hz25meV290K670cm-115μm20THz83meV960K（2）許多生物大分子，如有機分子的振動和旋轉(zhuǎn)頻率都在THz波段，所以在THz波段表現(xiàn)出很強的吸收和諧振。（3）THz輻射能以很小的衰減穿透物質(zhì)如陶瓷、脂肪、碳板、布料、塑料等，因此可用其探測低濃度極化氣體，適用于控制污染。THz輻射可無損穿透墻壁、布料，使得其能在某些特殊領(lǐng)域發(fā)揮作用。（4）THz的時域頻譜信噪比很高，這使得THz非常適用于成像應(yīng)用（5）帶寬很寬（0.1—10T）Hz。（6）很短的THz脈沖卻有著非常寬的帶寬和不同尋常的特點。在我國未來的

5、太空研究和探月計劃中,THz波也可以提供包括星球表面特性和極區(qū)輻射特性的諸多重要信息。綜上所述,THz科學(xué)不僅是科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的重要基礎(chǔ)問題,又是國家新一代信息產(chǎn)業(yè)、國家安全以及基礎(chǔ)科學(xué)發(fā)展的重大需求,對國民經(jīng)濟以及國防建設(shè)具有重大的意義。與此相適應(yīng),世界各國都對THz波的研究給予極大的關(guān)注,并部署了多個重大的國家級以及國際合作研究計劃,取得了一些突破性的成果,有些已具有實用價值。另一方面,國內(nèi)在THz研究的理論和實驗方面也取得了一些重要成果,在國際上產(chǎn)生了一定的影響,為我國THz技術(shù)的研究和發(fā)展打下了扎實的基礎(chǔ)。2太赫茲波

6、研究現(xiàn)狀2.1國外的THz研究現(xiàn)狀由于THz所處的特殊電磁波譜的位置，它有很多優(yōu)越的特性，有非常重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價值（有的已處于實用），使得全世界各國都給予極大的關(guān)注。美國、歐州和日本尤為重視。1）在美國包括常青藤大學(xué)在內(nèi)有數(shù)十所大學(xué)都在從事THz的研究工作，特別是美國重要的國家實驗室，如LLNL，LBNL，SLAC，JPL，BNL，NRL，ALS，ORNL等都在開展THz科學(xué)技術(shù)的研究工作。美國國家基金會(NSF)、國家航天局(NASA)、能源部(DOE)和國家衛(wèi)生學(xué)會(NIH)等從90年代中期開始對THz科技研究進(jìn)行大規(guī)

7、模的投入。2）英國的Rutherford國家實驗室，劍橋大學(xué)、里茲大學(xué)、Strathclyde等十幾所大學(xué)，德國的KFZ，BESSY，Karlsruhe，Cohn，Hamburg及若干所大學(xué)，都積極開展THz研究工作。歐洲國家還利用歐盟的資金組織了跨國家的多學(xué)科參加的大型合作研究項目。在俄國國家科學(xué)院專門設(shè)立了一個THz研究計劃，IAP，IGP及一些大學(xué)也都在積極開展THz研究工作。3）在亞洲國家和區(qū)域，韓國國立漢城大學(xué)、浦項科技大學(xué)、國立新加坡大學(xué)、臺灣大學(xué)、臺灣清華大學(xué)等都積極開展THz研究工作，并發(fā)表了不少有分量的論文

8、。4）日本于2005年1月8日，公布了日本國十年科技戰(zhàn)略規(guī)劃，提出十項重大關(guān)鍵技術(shù)，將THz列為首位。東京大學(xué)、京都大學(xué)、大阪大學(xué)、東北大學(xué)、福井大學(xué)以及SLLSC，NTTAdvancedTechnologyCorporation，etc．等公司都大力開展THz的研究與開發(fā)工作?？梢?，目前