太赫兹技术及空间应用国内外发展现状研究-论文.pdf

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1、空间电子技术80SPACEEICIRONICTECHN0L0GY2013年第4期太赫兹技术及空间应用国内外发展现状研究①边明明，王世涛，雷利华，麻丽香(中国空间技术研究院，北京100094)摘要：太赫兹(Terahertz，THz)波是频率介于红外和微波的电磁波，太赫兹辐射源的独特性质及其与物质相互作用所表现出的丰富物理和化学特性，使太赫兹技术在通信、遥感等空f"-I领域展现出了巨大的应用前景。文章主要对太赫兹技术及空间应用的国内外发展现状进行研究，并归纳出其发展趋势，为我国太赫兹技术空间应用的发展提供情报支持。关键词：太赫兹

2、；空间应用；国内外现状；发展趋势DoI：10．3969／j．issn．J674-7135．2013．04．019O引言展背景，文章对国内外太赫兹技术以及空间应用的太赫兹(Terahertz，THz)波的典型频率范围为发展现状及趋势进行梳理，为太赫兹技术空间应用0．1THz～10THz(波长3mm一301xm)，在长波段与的发展提供情报支持。毫米波相重合，在短波段与红外光相重合，是宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，也是电子学向光1太赫兹技术国内外发展现状子学的过渡区，被称为电磁波谱的“太赫兹空隙从近几年来国外技术发展来看，已经

3、在太赫兹(THzGap)”[13。源、传输、探测等方面取得了很大的进展，特别是辐太赫兹波具有较宽的频率范围、独特的光子能射源水平和应用水平明显提高，在通信、雷达、波谱量与传播特性，其所涉及的对象范围涵盖了生命个学等应用方面已经取得了多项标志性成果卜。体、宇宙天体等诸多物质，在与物质相互作用时表现1．1太赫兹辐射源出极为丰富的物理内涵。近20年来，随着太赫兹源有多种方法可以产生太赫兹辐射，主要分为以技术的突破，太赫兹技术已发展成为横跨固体物理下几类：(1)基于光子学的太赫兹发生器，如光电导学、材料科学、信息科学、生命科学以及航天

4、的交叉及光整流技术等；(2)基于电子学的太赫兹辐射源，科学，并展示了其在空间通信(宽带通信)、空间遥如行波管、返波管、纳米速调管、折叠波导行波管、回感、空间环境、空间安全、电子对抗、电磁武器、空间旋管、自由电子激光器(VEL)、储存环THz辐射源、生物以及天体物理学等领域的巨大应用前景。国际耿氏二极管和量子级联激光器(QCL)等。科技界认为，太赫兹辐射将可能引发科学技术革命基于光子学的太赫兹发生器，如在光电导天线性发展。中产生载流子的加速、光电晶体中的二阶非线性效我国已制定的多个未来发展规划为太赫兹技术应等，这些方法的转换效率

5、都很低，辐射功率多在毫及其空间应用的发展提供了重要战略机遇期。其中瓦级。我国民用空间基础设施建设包括遥感、通信、导航、美国的喷气推进实验室JPL进行了纳米速调管空间环境等卫星，国家科技重大专项《高分辨率对地的研究工作，在工作电压500V，电流3mA条件下，观测系统重大专项实施方案》也规划了一系列的高能产生50mw功率、频率1200GHz的辐射。采用分辨率遥感卫星，在这些统筹规划的卫星中，需要重微加工技术加工纳米速调管，可以保证每个纳米速点发展并搭载太赫兹波段的载荷。基于太赫兹技术调管的频率和相位一致，因此可以组成纳米速调管的迅

6、猛发展以及我国太赫兹技术及其空间应用的发阵列，大大提高输出功率，预期应用频率范围在①收稿日期：2013—10-08。2013年第4期边明明，等：太赫兹技术及空间应用国内外发展现状研究810．3THz一3．0THz，输出功率大于5Omw。近几年的工作温度为IOK。美国QingHu研究小组于2003来，美国的NGC公司对0．1THz一1THz的折叠波年报道了基于共振声子散射的有源区设计，该器件导行波管进行了大量研究。在DARPA的太赫兹成最低频率达2．07THz，连续工作温度达到117K，脉像焦平面阵列技术(TerahertzIm

7、agingFocalPlane冲工作温度可以达到164K，温度为5K时的峰值输ArrayTechnology)计划支持下，2007年已经成功加出功率达到200mW。2004年，美国MIT研制的太工了基于折叠波导电路的正向反馈行波管振荡器，赫兹量子级联激光器频率为2．1THz，温度137K，器件的工作频率在600GHz一675GHz之间，当工作脉冲功率为20mw，次年实现了太赫兹成像。国内比为1％时射频输出功率达到16mW。2008年他们中国科学院上海微系统与信息技术研究所研制了频又加工了工作于0．605THz～0．675THz

8、之间的几率为2．9THz的量子级联激光器，中科院半导体所个器件，在3％工作比时输出功率最高达到52mw。和中国工程物理研究院研制了工作频率在2．9THzFEL是目前可以获得THz最高输出功率的辐射～3．1THz的量子级联激光器，其中半导体所研制源，可产生平均功率数百瓦、峰值功