太赫茲技術的優越特性以及應用（一）

太赫茲波段自從19世紀后期正式命名之后，收到歐美日中等多個國家的高度關注，各國紛紛將其入選改變世界的技術評比之中。尤其是中國，在當今的研究甚至超越了美日，名列世界前茅。

自從正式命名之后，涉及太赫茲波段的研究結果和數據卻非常稀少，在此頻段上，既不完全適合用光學理論來處理，也不完全適合微波的理論來研究，另外在很大程度上受限于有效的太赫茲源和探測器，因此這一波段一度被稱為Terahertz Gap“太赫茲鴻溝”。由于太赫茲波在電磁波譜中的特殊位置，其表現出優越的特性，太赫茲科學技術已成為本世紀最為重要的科技問題之一。

太赫茲波 

太赫茲波是指頻率范圍為0.1~10.0THz的電磁波，波長范圍為0.03~3.00mm，介于微波頻段與紅外之間，屬于遠紅外波段，此波段是人們所剩的最后一個未被開發的波段，兼具二者的優點。

太赫茲電磁波頻譜

太赫茲波的優越特性

由于太赫茲在電磁波譜中有著特殊的位置，因此，它有一系列的優越性，而這優越性使其具有很好的應用前景。其主要特性如下：

1) 波粒二相性：

太赫茲輻射是電磁波，因此它具有電磁波的所有特性。太赫茲波具有干涉、衍射等波動特性，在與物質相互作用時，太赫茲波顯示出了粒子特性。

2) 高透性：

太赫茲對許多介電材料和非極性物質具有良好的穿透性，可對不透明物體進行透視成像，是X射線成像和超聲波成像技術的有效互補，可用于安檢或質檢過程中的無損檢測。另外，太赫茲在濃煙、沙塵環境中傳輸損耗很少，是火災救護、沙漠救援、戰場尋敵等復雜環境中成像的理想光源。

3) 安全性：

相對于 X 射線有千電子伏的光子能量，太赫茲輻射的能量只有毫電子伏的數量級。它的能量低于各種化學鍵的鍵能，因此它不會引起有害的電離反應。這點對旅客身體的安全檢查和對生物樣品的檢查等應用至關重要。另外，由于水對太赫茲波有非常強烈的吸收性，太赫茲波不能穿透人體的皮膚。因此，即使強烈的太赫茲輻射，對人體的影響也只能停留在皮膚表層，而不是像微波可以穿透到人體的內部。

4) 光譜分辨特性：

許多有機分子，如生物大分子的振動和旋轉頻率都在太赫茲波段，所以在太赫茲波段表現出很強的吸收和色散特性。物質的太赫茲光譜(發射、反射和透射光譜)包含豐富的物理和化學信息，使得它們具有類似指紋一樣的唯一特點。因此，太赫茲光譜成像技術不僅能夠分辨物體的形貌，還能識別物體的組成成分。為緝毒、反恐、排爆等提供了可靠的相關理論依據和探測技術。

5) 很高的時間和空間相干性：

太赫茲輻射是由相干電流驅動的偶極子振蕩產生，或是由相干的激光脈沖通過非線性光學差額效應產生，因此具有很高的時間相干性和空間相干性。

太赫茲技術

太赫茲技術的研究主要集中在太赫茲輻射、太赫茲探測、太赫茲通信和太赫茲成像等方面。其中，高效的太赫茲輻射源和探測技術是推動太赫茲技術走向應用的關鍵。

太赫茲輻射技術

在太赫茲諸多技術的研究中，太赫茲輻射源的研究占據了很重要的位置。太赫茲輻射的產生主要有3種途徑：

●基于電子學技術的太赫茲輻射源，包括返波管、耿氏振蕩器以及固態倍頻源等，這是毫米波技術向高頻方向的擴展，這類太赫茲輻射源工作于1 THz以下，輸出功率通常在數十微瓦到毫瓦量級；

●基于光子學技術的太赫茲輻射源，包括量子級聯激光器、自由電子激光器和氣體激光器等，這是激光技術向低頻方向的延伸，這類太赫茲輻射源輸出功率較大，具有很好的應用潛力。基于太赫茲激光器的光頻梳技術在高分辨成像和成譜應用方面的前景廣闊；

●基于超快激光技術的太赫茲輻射源，這類技術是1 THz附近向高頻和低頻方向同時發展的太赫茲輻射源技術，這類太赫茲輻射源具有脈寬窄、峰值功率高等優點，但是存在能量轉換效率和平均輸出功率低的問題。

因此，探索實現室溫、高輸出功率、連續可調諧和小型化的輻射源將大大促進太赫茲技術的研究，也是當前太赫茲領域的重要發展目標。