太赫兹技术期末报告

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1、本学期在微波电路与系统发展趋势这一课程中，徐锐敏教授主要为我们介绍了微波电路和系统、第一代波导立体电路、第二代混合集成电路、第三代片集成电路和微波MCM、第四代射频微系统、以及一体化电子系统中的高频前端和太赫兹技术等方面内容。由于本人个人对太赫兹技术较感兴趣，故参考老师的ppt和一些资料对此作出了一些整理。一、什么是太赫兹波？太赫兹波（THz波）是指频率为0.3～10THz（1THz=1012Hz），对应波长为1mm～30μm范围内的电磁波。目前不同资料对太赫兹波范围定义不尽相同：有的对其定义为0.1～10THz，波长1mm～30μm；或者有的是将其定义为0

2、.3～30THz，其波长为1mm～10μm等。虽然不同资料对太赫兹波范围定义不同，但它们所指的都是夹杂在毫米波和红外线之间的特殊波段。这一被夹在电子学和光子学之间的间隙被称为太赫兹间隙，在很长一段时间内没有被开发。其广阔的前景和优越的特性使得全世界各国都给予极大的关注，被视为“改变未来的十大技术”之一。1.太赫兹波的历史发展太赫兹波被正式命名始于上世纪80年代，在此以前科学家们将其统称为远红外射线。实际上早在一百年前，就有科学工作者涉及过这一波段。但掣肘于技术的限制，太赫兹波在当时主要被化学家和天文学家用于研究简单分子的旋转和振动共振以及热发射谱线的研究。在

3、很长一段时间内太赫兹频段技术并没有得到开发。如今，随着科学研究的发展与需求，太赫兹波因其特殊的频谱位置和特性受到了世界各国的高度重视，极大的推动了这一技术的发展：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，大力推进太赫兹技术的研究，研发机构主要有美国国家基金会(NSF)、国家航天局(NASA)、海军研究办公室(ONR)、能源部(DOE)和国立卫生研究院(NIH)，麻省理工学院(MIT)，伦斯勒理工大学(RPI)等。欧洲多个国家也积极加入到研究太赫兹技术的行列，主要机构包括英国的卢瑟福实验室、剑桥大学、里兹大学，德国核物理研究中心、柏林

4、同步辐射中心，瑞士联邦工学院等多所高校和研究中心。而日本政府于2005年初，也将太赫兹技术列为该国“国家支柱十大重点战略目标”的首位，全力研发。我国政府也于2005年，召开了以“太赫兹科学技术的新发展”为主题的香山科技会议，制定我国太赫兹科技研究发展规划，为我国全面开展太赫兹技术研究具有重要意义；另外，国家973、863计划以及自然科学基金也逐渐将太赫兹技术其作为一个重点支持的研究方向。2.太赫兹波的特点由于太赫兹的频率很高以及脉冲很短（皮秒量级），所以具有很高的空间分辨率时间分辨率。太赫兹成像技术和太赫兹波谱技术由此构成了太赫兹应用的两个主要关键技术。另外

5、，太赫兹脉冲的典型脉宽在皮秒量级，通过取样测量技术，能够有效地抑制远红外背景噪声的干扰。目前，脉冲太赫兹辐射通常只有较低的太赫兹射线平均功率，但是由于太赫兹脉冲有很高的峰值功率，并且采用相干探测技术获得的是太赫兹脉冲的实时功率而不是平均功率，因此有很高的信噪比。目前，在时域光谱系统中的信噪比可达105或更高。太赫兹脉冲源通常只包含若干个周期的电磁振荡，单个脉冲的频带可以覆盖从GHz直至几十THz的范围，许多生物大分子的振动和转动能级，电介质、半导体材料、超导材料、薄膜材料等的声子振动能级落在THz波段范围。因此THz时域光谱技术作为探测材料在THz波段信息的

6、一种有效的手段，非常适合于测量材料吸收光谱，可用于进行定性鉴别的工作。而且太赫兹在粮食选种，优良菌种的选择等农业和食品加工行业有着良好的应用前景。太赫兹光子的能量低，只有几毫电子伏特，不会对物质产生破坏作用，因此不容易破坏被检测物质，所以与x射线相比更具有优势。许多的非金属非极性材料对太赫兹射线的吸收较小，因此结合相应的技术，使得探测材料内部信息成为可能。陶瓷，硬纸板，塑料制品，泡沫等对太赫兹电磁辐射是透明的，因此太赫兹技术可以作为x射线的非电离和相干的互补辐射源，用于机场、车站等地方的安全监测，以及用于集成电路焊接情况的检测等。而极性物质对太赫兹电磁辐射的

7、吸收比较强，特别是水，太赫兹光谱技术中应采取各种措施避免水分的影响，不过在太赫兹成像技术中，可以利用这一特性分辨生物组织的不同状态，比如动物组织中脂肪和肌肉的分布，诊断人体烧伤部位的损伤程度，及植物叶片组织的水分含量分布等。太赫兹成像技术与其他波段的成像技术相比，它所得到的探测图像的分辨率和景深都有明显的增加（超声、红外、x－射线技术也能提高图像分辨率，但是毫米波技术却没有明显的提高）。另外太赫兹技术还有许多独特的特性，如在非均匀的物质中有较少的散射，能够探测和测量水汽含量等等。二、太赫兹技术研究现状从系统角度来看，太赫兹技术研究主要分为太赫波的产生、传输和

8、探测等关键技术的研究。这些关键技术的研究对象是太赫兹