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1、THz信号处理与分析的研究现状和发展展望第1O期2007年1O月电子ACrAELE('R0NICASINICAV0】.35No.10Oct.2007THz信号处理与分析的研究现状和发展展望谢维信,裴继红(深圳大学智能信息研究所,广东深t)l』518060)摘要:本文对吼信号的特点,吼信号的产生技术,吼信号的探测技术,吼时域光谱(mZ_rDs)技术,吼信号的处理技术,以及rIHz信号应用技术等当前的研究现状进行了综述,并对未来可能的发展做了展望关键词:太赫兹;太赫兹源;信号检测;太赫兹时域光谱;成像;矢量场分析中图分类号:TP3
2、91文献标识码:A文章编号:0372.2112(2007)10—1973—07ReviewofTerahertzSignalProcessingandAnalysisXIEWei—xin,PEIJi-hong(IntelligenceInformationInstitute,ShertzhenUniversity,Shenzhen,C.uangdong518060,China)Abstract:TheTerahertz(THz)technologyiscurrentlyascientificfrontierintheworld
3、Inthispaper,areviewofTHztech—niquesispresentedthatincludeTHzsources,detectors,signalprocessingmethods,andTHzsigna~'Sapplications.Thefutureinvesti—gationsonterahertzsignalprocessingandanalysisalealsodiscussed.Keywords:terahertz;THzsource;signa~detection;THz—TDS;imagi
4、ng;vectorfieldanalysis1引言太赫兹(Terahertz,简称11{z)波一般是指频率在0.1—10THz(波长为30微米一3毫米,1THz=10Hz)范围内的电磁波.其波段位于微波和远红外线之间,属于远红外线和亚毫米波范畴.其波段位置如图1所示:出kilo唧拿鞫}#pBta矗瑚z时tay时似Frequency/Hz图1THz电磁波在电磁波谱中的位置THz技术是当前科学界的一个前沿研究领域,由于其潜在的巨大科学价值和应用价值,受到了世界各个发达国家的高度重视.2004年美国技术评论(TechnologyRe
5、new)评选"改变未来世界十大技术"时,将THz技术作为其中的紧迫技术之一.11{z波段横跨传统电子学到光学的变迁区域,对其研究和开发具有极大的挑战.在微波的高端(100GHz)与远红外线的低端(10THz)之间的rⅢz频段,经典的电磁波理论和光波理论都遇到了困难,该波段一度被视为未开垦的11{z空隙.对THz技术的研究目前世界各国主要集中在THz收稿日期:2(307-06-04;修回日期:20074)7—20基金项目:国家自然科学基金(No.60672153);博士点基金(No.20060590001)源,THz发射器和接收
6、器,以及THz系统的构建方面.从信号处理的角度对THz技术进行系统研究的内容尚在起步阶段,特别是针对rⅢz信号的特点对rⅢz信号处理理论的研究相对比较少.THz信号由于处在光学和电磁学交汇的波段,较光学信号和电磁学信号有其独特的特点,其信号处理也必然有其自身的特色.本文对THz信号的特点,THz信号的产生,检测,分析处理,以及THz波应用的研究现状和未来可能的发展进行综述和展望.2THz信号的特点THz电磁辐射相比其他波段的电磁波具有以下独有的特点:(1)THz波的物理特点.THz波对于很多非极性分子物质,如陶瓷,塑料,纸,衣
7、物等包装材料有很强的穿透力,可以用来进行非破坏性和非接触性探测和安全检查.大多数极性分子对THz波有强烈的吸收,可以通过分析它们的特征谱研究物质成分.许多有机分子在THz波段呈现出强烈的吸收和色散特性,使用THz光谱技术可以对这些分子的结构进行研究.(2)THz信号的能量特点.THz波的光子能量很低,频率为1THz的THz波的光子能量约为4meV,大约为x射线光子能量的10I6倍,因此不会对生物组织产生有害的电离,适合于对生物组织进行活体检查.1974电子2007焦(3)THz信号的时间和空间相干性.由相干电流驱动的偶极子振荡
8、产生,或是由相干的激光脉冲通过非线性光学差频产生的THz波,具有很高的时间和空间相干性.通过相干测量THz波信号的时域波形,可以得到包括振幅和相位的光谱信息.(4)THz信号的时域脉冲波形特点.THz脉冲信号通常只包含很少的几个周期的电磁振荡.THz脉冲的时域波形可以在飞秒时
