太赫兹波的特点

太赫兹波的特点

 （1） 高透射性：太赫兹对许多介电材料和非极性物质具有良好的穿透性，可

对不透明物 体进行透视成像，是 X 射线成像和超声波成像技术的有效互补，可用于安检或质检过程中的 无损检测。

（2）低能量性：太赫兹光子能量为 4.1meV（毫电子伏特），只是 X 射线光子能量的 108 分之一。太赫兹辐射不会导致光致电离而破坏被检物质，非常适用于针对人体或其他生物样 品的活体检查。进而能方便地提取样品的折射率和吸收系数等信息。

（3） 吸水性：水对太赫兹辐射有极强的吸收性，因为肿瘤组织中水分含量与正常组织明 显不同，所以可通过分析组织中的水分含量来确定肿瘤的位置。

（4） 瞬态性：太赫兹脉冲的典型脉宽在皮秒数量级， 可以方便地对各种材料包括液体、 气体、半导体、高温超导体、铁磁体等进行时间分辨光谱的研究，而且通过取样测量技术， 能够有效地抑制背景辐射噪声的干扰。

（5）相干性：太赫兹的相干性源于其相干产生机制。太赫兹相干测量技术能够直接测 量电场的振幅和相位，从而方便地提取样品的折射率、吸收系数、消光系数、介电常数等光 学参数。

（6）指纹光谱：太赫兹波段包含了丰富的物理和化学信息。大多数极性分子和生物大 分子的振动和转能级跃迁都处在太赫兹波段，所以根据这些指纹谱，太赫兹光谱成像技术能 够分辨物体的形貌，分析物体的物理化学性质，为缉毒、 反恐、 排爆等提供相关的理论依据和 探测技术。

太赫兹波的产生

 （1）通过FTIR（Fourier Transform Infrared Spectrometer）使用热辐射源产生，

如汞灯和SiC棒；

（2）是通过非线性光混频产生；

（3）是通过电子振荡辐射产生，如反波管、耿式振荡器及肖特基二极管产生；

（4）是通过气体激光器、半导体激光器、自由电子激光器等THz激光器直接产生。目前产生THz脉冲常用的方法有光导天线法、光整流法、THz参量振荡器法、空气等离子体法等，其中空气等离子体能产生相对较高强度的THz波而备受关注，此外，还可以用半导体表面产生THz波。

太赫兹波的研究现状

 太赫兹波现象其实早已为人们所发现，然而早期因缺乏有效的太赫兹波产生和

探测技术，使得相关研究进展极其缓慢[2]。进入20世纪80年代后，激光技术的迅速发展为研究有效太赫兹波的产生和探测技术孕育了基础。据文献报道，1983年

D.H.Anston[3]首次利用光学技术，通过超短激光脉冲激发光电导天线产生了相干脉冲宽带THz辐射。鉴于D.H.Auston做出的巨大贡献，光导天线后来常被称为“Auston switeh”。紧接着，D.Grischkowsky和D.H.Auston等又开发出了基于超短激光脉冲激发光电导天线的THz时域光谱探测技术。这种基于基于超短激光脉冲激发光电导天线的太赫兹波产生和探测技术至今仍然是实验设备应用的主流。1990-1992年，X.C.zhang和D.H.Auston[4]等又提出了原理上完全不同的太赫兹波产生与探测方法一基于瞬态电光取样及其逆过程的THz产生与探测技术。

至此，太赫兹波的产生与探测技术虽然还不成熟，但已经能够用于相关仪器的制造与生产，为科研人员研究太赫兹波与物质相互作用提供了必备的实验手段。太赫兹科学和技术有极大的应用潜力，但目前还受太赫兹辐射源的限制，比如：产生的太赫兹辐射强度不高、带宽不够宽、能量转化效率低等因素，所以太赫兹领域的发展还需更大的努力。

太赫兹波以其独特的性质引起了人们的广泛关注。对

太赫兹波的特性进行研究，有助于我们更好的了解太赫兹波，为使用太赫兹波打下基础。

2.1特别的穿透能力

THz辐射能以很小的衰减穿透如陶瓷、脂肪、碳板、布

料、塑料等物质，还可无损穿透墙壁、沙尘烟雾，使得其能在某些特殊领域发挥作用。如太赫兹探测器可直接发射太赫兹波透过墙壁，于室外对室内进行探测，免去需将探测设施置于室内的麻烦。这特别适于防暴警察与室内歹徒对峙时，可从墙外掌握室内情况，如歹徒位置、武器配置等,极大的确保警方安全。

2.2探测安全性高

太赫兹的光子能量很低，只有毫电子伏特，因此不容易

破坏被检测物质。如果用太赫兹检测物质，就可以发现内部瑕疵而又不损害该物质。不同于X射线，太赫兹射线是一种不电离的射线，所以，太赫兹波适合于对生物组织进行活体检查。它们还可以穿透衣服、包装，甚至于渗透人体几毫米深，因此，太赫兹波也是安全检查和医学应用的理想工具。例如，用于人体成像的X光的光子能量高，对人体所造成非常大的伤害，而应用太赫兹技术制成的成像设备，则能将这种照射对人体的伤害降低100万倍。

2.3具有识别物质和成像能力

研究表明大量有机分子、半导体能量特征在太赫兹范

围，每种材料的太赫兹频谱特征是不同的。只要建立了这些物质的太赫兹频谱特征数据库，就可以采取“指纹”识别的方法来进行检测。太赫兹波除了识别物质外，还可以通过反 射波的测量得到物质的图像。利用成像系统把成像样品振幅或相位信息进行处理和分析，就可以得到样品的THz图像。太赫兹波成像的一个显著特点是信息量大,可准确显示物质的内外部信息。目前太赫兹显微成像的分辨率已达到几十微米。

2.4抗背景噪声干扰能力强

太赫兹具有很高的空间分辨率和时间分辨率。利用取

样测量技术，太赫兹探测器能够有效地抑制背景辐射噪声的干扰。目前THz辐射强度测量的信噪比可大于10倍以上。而且，THz波具有非常宽的频谱，可工作在目前隐身技术所能对抗的波段之外，因此它还能探测隐身目标。以太赫兹波作为辐射源的超宽带雷达可以探测比微波雷达更小的目标和实现更精确的定位，前者具有更高的分辨率和更强的保密性，隐身飞机也难逃它的“法眼”。

2.5大容量、高保密的宽带信息载体

太赫兹波的频带宽、测量信噪比高，适合于大容量与高

保密的数据传输，而且太赫兹波处于高载波频率范围，是目前手机通信频率的1000倍左右，可提供10GB/s的无线传输速率。利用太赫兹波进行无线电通信，可以极大地增宽无线电通信网络的频带，使无线移动高速信息网络成为现实。太赫兹波比微波能做到的宽带和讯道数多得多，尤其适合作为卫星间和局域网的宽带移动通讯。太赫兹波方向性好，散射小，在通信领域会大有作为，如卫星间星际通信、同温层内空对空通信、短程地面无线局域网、短程安全大气通信等。