本文摘要：太赫兹波段自从19世纪后期月命名之后，接到欧美日中等多个国家的高度注目，各国争相将其选入转变世界的技术评选之中。特别是在是中国，在当中的研究甚至打破了美日，名列世界前茅。本文详尽讲解了太赫兹技术的前世今生。第一次听见“太赫兹”，可能会想要“难不成是赫兹的爷爷”。

太赫兹波段自从19世纪后期月命名之后，接到欧美日中等多个国家的高度注目，各国争相将其选入转变世界的技术评选之中。特别是在是中国，在当中的研究甚至打破了美日，名列世界前茅。本文详尽讲解了太赫兹技术的前世今生。第一次听见“太赫兹”，可能会想要“难不成是赫兹的爷爷”。

只不过“太赫兹”是单位Terahertz的英译，是指100GHz～10THz的电磁辐射（也有定义300GHz～10THz），波长在0．03mm～3mm范围，如图一所必，在电磁频谱上，太赫兹波段两侧的红外和微波技术早已比较成熟期。从19世纪后期太赫兹波段月命名之后，牵涉到太赫兹波段的研究结果和数据却十分较少，在此频段上，既不几乎合适用光学理论来处置，也不几乎合适微波的理论来研究，另外在相当大程度上受限于有效地的太赫兹源和探测器，因此这一波段一度被称作TerahertzGap“太赫兹鸿沟”。

图1：太赫兹电磁波频谱讲解［PhysicsInventions］2004年，美国政府将太赫兹技术选为“转变未来世界的十大技术”之一，DARPA（美国国防部高级研究计划局）和NASA（美国国家航空与航天局）自2009年起皆投放较小的资金和研发力量，展开太赫兹组件及系统的研发。2005年，日本政府堪称将太赫兹技术列入“国家支柱十大重点战略技术”之首。我国政府分别在2005和2014年专门开会了“香山科技会议”，制订了我国太赫兹技术的发展蓝图。2016年底，“太赫兹谷”如火如荼的在乌鲁木齐与中国电子科技集团公司合作下开始建设。

另外欧洲，澳大利亚，日韩，台湾等许多国家和地区政府、研究机构、大学和企业争相投放到太赫兹研发的热潮中。随着新技术和新材料的突破，有效地太赫兹辐射源和探测器的相继问世，太赫兹技术的研究和应用于才有了较慢发展，在医疗临床、天文、物体光学、工业探伤、宽带移动通信，雷达探测等众多领域表明了根本性的科学价值及简单前景。近5年来低成本CMOS，新材料太赫兹技术的突破未来将会转变太赫兹技术仅有在军事，航天，高端医疗领域有较多应用于的现状，让太赫兹技术转入民用消费级电子市场。太赫兹应用于下面笔者就融合太赫兹波段的电磁信号特点，向大家讲解一下太赫兹技术的涉及应用于。

（1）太赫兹电磁辐射是几乎非电离的，由于能量较X射线较低很多，对绝大部分的生物细胞无电离损害，合适对活体生物或的组织展开动态检查。如皮肤灼伤或皮肤癌的早期临床，口腔疾病临床，活体DNA辨别等。图2：太赫兹光学在医疗领域的应用于举例（2）太赫兹频谱覆盖面积了这个有机大分子，还包括蛋白质在内的旋转和谐振频率。

许多大分子在太赫兹频段展现出出有很强的吸取和谐振，构成具备生物特异性的太赫兹特征序。另外，碳（C），水（H2O），一氧化氮（NO），氮（N2），氧（O2）等大量的分子也有各自的太赫兹特征序。

这些特征序信息对于生物化学物质结构，以及大气污染和天文观测具有很高的研究价值。图3：UCLA＆NASAJPLCMOS太赫兹光谱仪实例（3）安全检查应当说道是太赫兹现阶段最更有人的应用于，它的本质是利用太赫兹电磁信号的穿透性和对金属等类似材料的强劲光线特性展开动态较慢投影光学，并且在超过光学目的的同时，不必须担忧X射线的电离损害。

太赫兹电磁信号能以较低的波动击穿衣物，皮箱，陶瓷，硬纸板，塑料制品非极性材料等；而对于极性物质比如水或金属有反感的吸取和光线。太赫兹的光学解析度虽然比不上X射线，但充足观测隐蔽在衣物、鞋内的刀具、枪械等物品。另外融合太赫兹对物质辨别的特性，需要区分身上否装载炸药或毒品。便携式的太赫兹安全检查仪早已正处于后期研发测试阶段，有期望在20cm外自动较慢检测危险物品，动态分解高清晰度三维图像。

可以设想再行过几年，将在在机场火车站加装大量太赫兹安全检查设备。图4：G20上用于的航天易联太赫兹安全检查仪（4）可用检测某种程度是利用太赫兹电磁信号对大部分潮湿、非金属、非极性材料有较好的击穿能力，再行融合各种光学技术，就可以对材料中的缺失展开详尽检测。

太赫兹可用检测普遍应用于航天、雷达材料的检测。介于太赫兹系统的小型化低成本话的趋势，近年来更加多的工业、民用产品流水线在因应太赫兹光学系统已完成较慢可用检测。

图5：美国TeraSense流水线太赫兹可用检测设备实例（5）大容量、低保密的宽带近距离通信是太赫兹频段的又众多应用于。虽然单就通信距离来看，由于太赫兹在空气中传播时很更容易被水分所吸取，信号波动相当严重，不存在着传输距离的“短板”。

但是，在某些情况下，受限的传输距离反而能沦为优势。因为大气波动能使信号根本无法传播到远处的无线电技术监听设备，可实现隐密安全性的近距离通信。

而100GHz～1THz的超宽带长，是太赫兹通信的能用比特率多达长波、中波、短波、微波（30GHz）总的比特率的1000倍。由于THz波的频率比微波更高，波长很短，可以做成方向性很强，尺寸又小的天线，将大大增大发射功率，并减低收发机相互之间的阻碍。

图6：日本大阪大学研发的太赫兹50Gb／s通信设备实例在刚完结的集成电路的最高级别会议，国际电路会议ISSCC2017，上来自日本广岛大学，国家信息通信技术研究院和松下通信研究院，联合展出了105Gb／s300GHz的CMOS发射机，如图7右图。该太赫兹发射机的通信比特率比在2020年商用部署的5G移动通信系统还慢了10倍。

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