
一、什么是太赫茲波
太赫茲波(THz)又被稱為'生命光線',是'光'能量的一種,是指波長在 3μm 到 1000μm 之間,頻率為 0.1-10THz,介于微波與紅外線之間的電磁波。太赫茲波不僅擁有與光相同的直進(jìn)性,還具有與電波相似的穿透性和吸收性。

根據(jù)發(fā)射源和發(fā)射方法的不同,太赫茲波分為兩種:

1、醫(yī)學(xué)診斷及成像
傳統(tǒng)的人體透視和攝片都使用X射線,但X射線對人體會帶來副作用。太赫茲波也具有類似X射線的穿透能力,但其光子能量小,對人體的輻射能量比X光小100萬倍,因此不會對人體造成輻射性傷害。另外,X光穿透性很強(qiáng),無法細(xì)致區(qū)分正常細(xì)胞與癌細(xì)胞,超聲波穿透性又稍弱,照射不到細(xì)胞內(nèi)部,只能“看到”直徑大于1毫米的癌癥腫瘤。而太赫茲波卻恰好能夠檢測到細(xì)胞內(nèi)部生化信號的變化,分辨出正常細(xì)胞和癌細(xì)胞的不同。

2、反恐與安全檢查
太赫茲可以輕易穿透塑料、衣物、紙盒等非極性和非金屬材料,能有效探測和識別出藏在包裹、信件和衣服中的槍支、毒品、炸藥等危險品。雖然太赫茲不能完全代替X光,但卻有X光做不到的一些優(yōu)勢。X光和超聲波能發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的輪廓和狀態(tài),卻無法偵測到物體的化學(xué)性質(zhì),無法分辨爆炸物品和藥品的區(qū)別,然而太赫茲卻可以做到,這對國際上的反恐斗爭具有特別的意義。
目前,利用太赫茲遙感能準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)30米內(nèi)的爆炸物品,這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他安檢手段的。美國ProVision系列已在歐美多個機(jī)場投入使用,而國內(nèi)相關(guān)院所也在陸續(xù)開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的安檢樣機(jī),相信不久的將來可以實(shí)現(xiàn)批量的市場化投放。

3、通信雷達(dá)
太赫茲波是很好的寬帶信息載體,在網(wǎng)絡(luò)通信方面有很大的應(yīng)用前景,尤其在衛(wèi)星間、星地間的無線通信,高速局域網(wǎng)通信方面具有巨大優(yōu)勢。太赫茲波的頻率是目前手機(jī)通信頻率的1000倍左右,利用太赫茲波實(shí)現(xiàn)超寬帶高速無線通信。當(dāng)前,國際通訊聯(lián)盟已指定下一代地面無線通信的頻段0.12 THz,太赫茲技術(shù)將成為6G或7G通訊的基礎(chǔ),人類將全面進(jìn)入太赫茲通信時代。圖中所示為日本NTT公司開發(fā)的120 GHz通信系統(tǒng),已經(jīng)在千米距離實(shí)現(xiàn)了10 Gbps的無線通信,并應(yīng)用于2008年北京奧運(yùn)會的節(jié)目轉(zhuǎn)播。

4、射電天文
太赫茲在天文遙感中應(yīng)用潛力具有很大的吸引力。在宇宙中,大量的物質(zhì)在發(fā)出太赫茲電磁波,如下圖所示,來自星際物質(zhì)的太赫茲波會包含各種氣態(tài)分子的信息。通過對碳、水、一氧化碳、氮、氧等大量分子在太赫茲波段進(jìn)行探測,可以獲得氣態(tài)分子壓力、溫度、氣流速度等信息,也可以獲得由星際塵埃構(gòu)成的螺旋星系的空間結(jié)構(gòu)。此外,遙遠(yuǎn)星系的輻射由于宇宙膨脹偏移到了太赫茲波段,因此利用太赫茲波還可以探測宇宙的演化。

5、人體健康


