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太赫兹科学技术研究的新进展
摘要本文在太赫兹科学技术过去一段时间内科学成果的基础上,对于其出现的新进展进行了简单介绍,并对太赫兹科学技术将给各个领域带来的发展进行了展望。
关键词太赫兹;科学成果;研究新进展
中图分类号TN21
文献标识码A
文章编号2095-636 3(2017)04-0014-01

~IOTHz(~3mm)波段的电磁波,它既影响到电子学又影响到光子学,处在两者的过渡区域,因此对于学科之间的相互研究、融合有着很重要的价值。同时,太赫兹波还具有很好的特性:1)太赫兹波的光子能量很低,不会对物质产生损坏,适用于一些活体检测项目;2)对水分子比较敏感,太赫兹成像技术因此可以检测水分含量和水分分布情况;3)对介电材料和非极性物质的穿透性好,因此在各种需要安检的地方有一定的效用;4)所包含的频谱很宽,各种极性分子和生物大分子的转动和振动频率都在其覆盖的波段,可以采用太赫兹波来进行这些分子的成分分析。这些特性都使得太赫兹波在各个领域的应用广泛且处于科技前沿,特别是关系到社会和人类发展的生物学、医学、航天、国防等领域,引起了一股对太赫兹科学技术的研究热。


目前太赫兹科学技术研究主要体现在4个方面:太赫兹辐射源、太赫兹波的检测和标定、太赫兹功能器件和太赫兹波的实际应用,下面将从这4个方面来说明过去一段时间内已经取得的颇有价值的各种研究成果。

太赫兹辐射的产生一直以来是个难题,过去人们所知的产生方法受到的局限性比较明显,无法得到高功率、低成本的太赫兹光源,因此人们在研究的过程中萌发了用其他光源来代替太赫兹光源的想法,就目前研究出的主要有3类光源。不相干的热辐射光源、宽波段的脉冲光源和窄波段的连续波光源。第一种热辐射光源虽然在现实中分布比较广泛,一切能产生热量的光源都包含在内,但是其光强成功率很低,实际使用的时候限制大。第二种宽波段的脉冲光源是基于光子学的太赫兹辐射源,比较常见的有光整流和光电导。第三种窄波段的连续波光源主要用于高频谱分辨率方面,在通信领域特别是短距离通信和极宽频带的卫星通信方面应用比较多。

关于太赫兹辐射的产生还在不断的研究中,除了以上几种方法外,还出现了低频微波振荡器、气体激光器等,其中半导体太赫兹辐射源具有小巧、价格低廉和频率可调的特点,只是半导体器件的工作频率比较难达到1THz以上,因此科学家们还在致力于这方面的研究,在最近的几年中不断突破,争取能获得推动整个太赫兹科学技术发展的成果。

要开发和利用太赫兹波,自然需要先将太赫兹波检测出来,而太赫兹波因为光源的低发射功率和比较高的热背景,需要不断提高接收的灵敏度,才能检测得出。针对不同频率的太赫兹波段,使用的检测器往往有所差别,高端部分的检测器应该灵敏度更好一些。现在对于宽波段最常使用的检测方法是基于热吸收的直接探测,常用装置是热辐射测量仪,灵敏度最高的是单光子探测器。在检测速度方面,目前的检测速度还有所限制,不过科学家们已经开始设想高速检测并积极投入研究中。

在形成太赫兹系统之时,要有太赫兹辐射的产生,还要有检测