一眼就看“透”你的太赫兹技术

时间:2016-02-26 15:21来源:科普中国作者:yeyan 点击:
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摘要:太赫兹(THz)指的是电磁频谱上频率为0.1~10THz的辐射,波长范围为0.03~3mm,介于无线电波和光波之间。太赫兹波具有穿透性强、使用安全性高、定向性好、带宽高等技术特性,可以应用于国防、国土安全、天文、医疗、科学研究等诸多领域,因此成为当前世界上一项极为重要的前沿技术。太赫兹技术的研究内容主要包括太赫兹波的产生、传输、与物质的相互作用以及应用等。

关键字:太赫兹,太赫兹技术,违禁品检测

  太赫兹(THz)指的是电磁频谱上频率为0.1~10THz的辐射,波长范围为0.03~3mm,介于无线电波和光波之间。太赫兹波具有穿透性强、使用安全性高、定向性好、带宽高等技术特性,可以应用于国防、国土安全、天文、医疗、科学研究等诸多领域,因此成为当前世界上一项极为重要的前沿技术。太赫兹技术的研究内容主要包括太赫兹波的产生、传输、与物质的相互作用以及应用等。
 
 
一眼就看“透”你的太赫兹技术  
太赫兹的频谱位置
 
  太赫兹技术具有非常大的技术潜力和极为广泛的应用前景,因此受到了国际学术界、产业界和各国政府极大的重视和关注。美国、欧洲、日本等国家和地区都将太赫兹技术作为一个重要的研究领域。美国国防部、能源部、国家航空航天局、国家科学基金会、国家卫生学会以及相关的科研机构在都在进行太赫兹技术的研究。针对其军事应用需求,泰莱达因技术公司、诺斯罗普·格鲁曼公司和科学应用跨国公司等都开展了相关研究。美国的TeraView公司、古德里奇公司、ThruVision公司、Rapiscan系统公司、美国科学与工程公司以及英国的奎奈蒂克公司则开展了太赫兹技术在国土安全方面的研究。此外,日本、韩国的大学、研究所和实验室也在进行太赫兹技术的研究。
 
  太赫兹技术与微波技术类似,属于一种电磁频谱技术,其后续研究主要包括基础性研究和应用研究两个方面。太赫兹波的传输与物质的相互作用、辐射源等原理和基础性研究是当前研究的重点。
 
  2004年,美国就将太赫兹技术列为改变未来世界的十大技术之一,国防部下属的国防高级研究计划局和美国陆军研究局都在积极关注和推动太赫兹技术在军事上的应用。2004年,美国国防高级研究计划局启动太赫兹成像阵列技术研究计划,并在随后启动太赫兹电子学研究计划,由泰莱达因技术公司等机构研究基于太赫兹的先进磷化铟异质结双极晶体管(HBT)半导体技术、太赫兹高分辨率成像技术等方面的研究。欧洲国家则也相继启动了太赫兹辐射成像、分子生物学研究、空间天文学、太赫兹遥感等多个相关的研究计划。日本在2005年初将太赫兹技术确定为今后十年重点开发的“国家支柱技术十大重点战略目标”之首,并列入日本政府从2006年开始到2010年结束的第三期科学技术基本计划。
 
  美国国防高级研究计划局最终研制出了便携式远距离太赫兹成像雷达;欧洲则已经并在2006年成功研制出了通信距离为1.5km的太赫兹无线通信演示系统。英国的奎奈蒂克公司则已经推出了实用化的太赫兹违禁品探测系统。
 
 
  一眼就看“透”你的太赫兹技术
1/72比例T80坦克模型的太赫兹逆合成孔径雷达成像
 
 
  一眼就看“透”你的太赫兹技术
太赫兹人体扫描安检系统
 
  目前,太赫兹技术已经在违禁品检测等方面得到了初步的应用。奎奈蒂克公司开发的SPO-20便携式探测系统能生成高清晰度的三维图像,可在20m外自动检测大交通流量地区的威胁,包括危险液体和简易爆炸装置部件。但是,从总体情况来看,太赫兹技术依然还处于初期的探索研究阶段。未来,太赫兹技术在军事领域将可以利用其全天候工作、反隐身能力强、可有效对抗背景杂波干扰的特性来实现远距离三维或多超光谱成像、穿透墙壁等障碍物进行探测和识别、防区外生化战剂/爆炸物的探测以及全天候隐蔽通信,其中成像将是太赫兹在军事上最主要也最有前途的应用,可以利用太赫兹雷达轻松地发现前方灰尘或烟雾中的坦克或其他藏匿的武器。此外,太赫兹技术还将在未来的反恐缉毒、医疗诊断等方面民用领域获得广泛的应用。
 
  太赫兹技术未来的发展方向包括以下3个方面:改进现有的辐射源,开发基于石墨烯等超材料的新型辐射源,克服当前信号弱、波束相干性不好、难以实现远距离高速传输、体积庞大、价格昂贵等缺点;针对太赫兹成像和太赫兹光谱分析应用,通过材料和结构方面的创新设计提高探测器的灵敏度;积极探索太赫兹技术在非致命、定向能等具有重要战术和战略意义等领域的应用。
 
【光粒网综合报道】( 责任编辑:yeyan )
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