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N

2、ichols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

3、独特优点的辐射源；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

4、有机分子的振动和旋转频率都在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

5、重要基础问题,又是国家新一代信息产业、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

6、的关注。美国、欧州和日本尤为重视。1）在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，

7、都积极开展THz研究工作。欧洲国家还利用欧盟的资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，NTTAdvancedTechnologyCorporat

8、ion，etc．等公司都大力开展THz的研究与开发工作。可见，目前