太赫兹技术发展展望

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1、太赫兹技术发展展望1太赫兹波简介1.1太赫兹波发现按传统的分类形式，电磁波分成无线电波、红外线、可见光、紫外线、α射线、γ射线等。随着对电磁波的深入研究，人们发现在电磁波谱中还有一个很特殊的位置，如图1.1所示。这就是太赫兹波即THz波（太赫兹波）或称为THz射线（太赫兹射线），是从上个世纪80年代中后期，才被正式命名的，在此以前科学家们将统称为远红外射线。太赫兹波是指频率在0.1THz到10THz范围的电磁波，波长大概在0.03到3mm范围，介于微波与红外之间。实际上，早在一百年前，就有科学工作者涉及过这一波段。在1896年和1897年，Rubens和Nicho

2、ls就涉及到这一波段，红外光谱到达9um（0.009mm）和20um（0.02mm），之后又有到达50um的记载。之后的近百年时间，远红外技术取得了许多成果，并且已经产业化。但是涉及太赫兹波段的研究结果和数据非常少，主要是受到有效太赫兹产生源和灵敏探测器的限制，因此这一波段也被称为THz间隙。随着80年代一系列新技术、新材料的发展，特别是超快技术的发展，使得获得宽带稳定的脉冲THz源成为一种准常规技术，THz技术得以迅速发展，并在实际范围内掀起一股THz研究热潮。1.2太赫兹波的特点目前，国际上对太赫兹辐射已达成如下共识，即太赫兹是一种新的、有很多独特优点的辐射源

3、；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。（1）量子能量和黑体温度很低：WavenumberWavelengthFrequencyEnergyBlackbodyTemp.1cm-110mm30GHz120µeV1.5K10cm-11mm300GHz1.2meV15K33cm-1300µm1THz4.1meV48K100cm-1100µm3THz12meV140K200cm-150µm6THz25meV290K670cm-115µm20THz83meV960K（2）许多生物大分子，如有机分子的振动和旋转频率

4、都在THz波段，所以在THz波段表现出很强的吸收和谐振。（3）THz辐射能以很小的衰减穿透物质如陶瓷、脂肪、碳板、布料、塑料等，因此可用其探测低浓度极化气体，适用于控制污染。THz辐射可无损穿透墙壁、布料，使得其能在某些特殊领域发挥作用。（4）THz的时域频谱信噪比很高，这使得THz非常适用于成像应用（5）带宽很宽（0.1—10T）Hz。（6）很短的THz脉冲却有着非常宽的带宽和不同寻常的特点。在我国未来的太空研究和探月计划中,THz波也可以提供包括星球表面特性和极区辐射特性的诸多重要信息。综上所述,THz科学不仅是科学技术发展中的重要基础问题,又是国家新一代信息

5、产业、国家安全以及基础科学发展的重大需求,对国民经济以及国防建设具有重大的意义。与此相适应,世界各国都对THz波的研究给予极大的关注,并部署了多个重大的国家级以及国际合作研究计划,取得了一些突破性的成果,有些已具有实用价值。另一方面,国内在THz研究的理论和实验方面也取得了一些重要成果,在国际上产生了一定的影响,为我国THz技术的研究和发展打下了扎实的基础。2太赫兹波研究现状2.1国外的THz研究现状由于THz所处的特殊电磁波谱的位置，它有很多优越的特性，有非常重要的学术和应用价值（有的已处于实用），使得全世界各国都给予极大的关注。美国、欧州和日本尤为重视。1）在

6、美国包括常青藤大学在内有数十所大学都在从事THz的研究工作，特别是美国重要的国家实验室，如LLNL，LBNL，SLAC，JPL，BNL，NRL，ALS，ORNL等都在开展THz科学技术的研究工作。美国国家基金会(NSF)、国家航天局(NASA)、能源部(DOE)和国家卫生学会(NIH)等从90年代中期开始对THz科技研究进行大规模的投入。2）英国的Rutherford国家实验室，剑桥大学、里兹大学、Strathclyde等十几所大学，德国的KFZ，BESSY，Karlsruhe，Cohn，Hamburg及若干所大学，都积极开展THz研究工作。欧洲国家还利用欧盟的资

7、金组织了跨国家的多学科参加的大型合作研究项目。在俄国国家科学院专门设立了一个THz研究计划，IAP，IGP及一些大学也都在积极开展THz研究工作。3）在亚洲国家和区域，韩国国立汉城大学、浦项科技大学、国立新加坡大学、台湾大学、台湾清华大学等都积极开展THz研究工作，并发表了不少有分量的论文。4）日本于2005年1月8日，公布了日本国十年科技战略规划，提出十项重大关键技术，将THz列为首位。东京大学、京都大学、大阪大学、东北大学、福井大学以及SLLSC，NTTAdvancedTechnologyCorporation，etc．等公司都大力开展THz的研究与开发工作。

8、可见，目前