當(dāng)人們乘坐地鐵、高鐵、飛機(jī)等交通工具時(shí)，都要事先進(jìn)行安檢，最常見的工具有手持金屬探測器、金屬探測門、X光機(jī)等，以及人工檢查，但這些設(shè)備依然對某些特殊物體難以識別，尤其是X光機(jī)存在電離輻射，會對人體造成傷害，那么，有沒有一種技術(shù)，既能快速辨識各種危險(xiǎn)物品，又對人體無害?有，答案就是太赫茲波段。

　　什么是“太赫茲“?

　　“太赫茲”是指100 GHz~10 THz的電磁輻射(也有定義300GHz ~ 10 THz)，波長在0.03mm~3mm范圍， 在電磁頻譜上，太赫茲波段兩側(cè)的紅外和微波技術(shù)已經(jīng)相對成熟。

　　這個(gè)在電磁波譜位于毫米波與紅外之間的“真空地帶”，其頻率約為1萬億赫茲的神秘譜段，其獨(dú)特的指紋譜、寬頻帶、穿透性、高分辨和無危害五大特性，給通信、赫茲在電磁波譜里雷達(dá)、電子對抗、電磁武器、天文學(xué)、醫(yī)學(xué)成像、無損檢測、安全檢查等領(lǐng)域帶來了深遠(yuǎn)的影響。

　　特別是，當(dāng)太赫茲技術(shù)用于安全檢查領(lǐng)域時(shí)，太赫茲波不僅能檢測成像，還可以檢測物質(zhì)成分，讓毒品、爆炸物等無所遁形，一直就是掃描成像夢寐以求的圣杯。

　　主動式太赫茲掃描成像

　　太赫茲波段在國際上的發(fā)展

　　太赫茲波段自從19世紀(jì)后期正式命名之后，受到歐美日中等多個(gè)國家的高度關(guān)注，各國紛紛將其入選改變世界的技術(shù)評比之中。尤其是中國，在當(dāng)中的研究甚至超越了美日，名列世界前茅。

　　2004年，美國政府將太赫茲技術(shù)評為 “改變未來世界的十大技術(shù)” 之一，DARPA(美國國防部高級研究計(jì)劃局)和NASA(美國國家航空與航天局)自2009年起均投入較大的資金和研發(fā)力量，進(jìn)行太赫茲組件及系統(tǒng)的研發(fā)。2005年，日本政府更是將太赫茲技術(shù)列為 “國家支柱十大重點(diǎn)戰(zhàn)略技術(shù)” 之首。

　　我國政府分別在2005和2014年專門召開了 “香山科技會議” ，制定了我國太赫茲技術(shù)的發(fā)展藍(lán)圖。2016年底， “太赫茲谷” 如火如荼的在烏魯木齊與中國電子科技集團(tuán)公司合作下開始建設(shè)。另外歐洲，澳大利亞，日韓，臺灣等許多國家和地區(qū)政府、研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)和企業(yè)紛紛投入到太赫茲研發(fā)的熱潮中。

　　隨著新技術(shù)和新材料的突破，有效太赫茲輻射源和探測器的相繼問世, 太赫茲技術(shù)的研究和應(yīng)用才有了較快發(fā)展, 在醫(yī)療診斷、天文、物體成像、工業(yè)探傷、寬帶移動通信，雷達(dá)探測等眾多領(lǐng)域顯示了重大的科學(xué)價(jià)值及實(shí)用前景。

　　近5年來低成本CMOS，新材料太赫茲技術(shù)的突破有望改變太赫茲技術(shù)僅在軍事，航天，高端醫(yī)療領(lǐng)域有較多應(yīng)用的現(xiàn)狀，讓太赫茲技術(shù)進(jìn)入民用消費(fèi)級電子市場。

　　我國太赫茲波段的發(fā)展現(xiàn)狀

　　根據(jù)資料顯示，2015年內(nèi)已發(fā)表太赫茲文獻(xiàn)1456篇。單從論文發(fā)表的數(shù)量上，我國已經(jīng)達(dá)到世界較為領(lǐng)先的地位，但是從科研到產(chǎn)業(yè)化的速度和能力，與歐美國家還存在較大差距。

　　至今除了航天、國防領(lǐng)域以外，太赫茲技術(shù)的大范圍應(yīng)用并沒有如期而至，民用消費(fèi)行業(yè)內(nèi)大規(guī)模應(yīng)用似乎仍然遙遙無期。唯有北京航天易聯(lián)科技發(fā)展有限公司的太赫茲安檢系統(tǒng)在G20上的出現(xiàn)讓人眼前一亮。遺憾的是，從測試的具體效果來看，還是和TeraView，Brijiot， ThruVision，TeraSense等歐美公司有較大的差距。

　　產(chǎn)業(yè)的投資可以說并不比歐美遜色，科研機(jī)構(gòu)幾乎覆蓋了太赫茲領(lǐng)域的方方面面，從基礎(chǔ)材料，單個(gè)探測器，發(fā)射器組件，到系統(tǒng)級整合應(yīng)用都有所涉及。同時(shí)國內(nèi)的的科研單位和研發(fā)企業(yè)的迅猛發(fā)展，讓太赫茲測試測量領(lǐng)域的美國巨頭VDI(Virginia Diodes，Inc)也感到了壓力，不顧企業(yè)利潤，向國內(nèi)停售了起絕大部分高性能設(shè)備及系統(tǒng)。

　　太赫茲在現(xiàn)實(shí)生活中有哪些應(yīng)用?

　　1.醫(yī)療檢測。太赫茲輻射是完全非電離的，由于能量較X射線低很多，對絕大部分的生物細(xì)胞無電離傷害，適合對活體生物或組織進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查。如皮膚燒傷或皮膚癌的早期診斷，口腔疾病診斷，活體DNA鑒別等。

　　2.生物化學(xué)和環(huán)保天文。許多大分子在太赫茲頻段表現(xiàn)出很強(qiáng)的吸收和諧振，形成具有生物特異性的太赫茲特征譜。另外，碳(C), 水(H2O)，一氧化氮(NO)，氮(N2), 氧(O2)等大量的分子也有各自的太赫茲特征譜。這些特征譜信息對于生物化學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)，以及大氣污染和天文探測有著很高的研究價(jià)值。

　　3.安全檢查。安全檢查應(yīng)該說是太赫茲現(xiàn)階段最吸引人的應(yīng)用，它的本質(zhì)是利用太赫茲電磁信號的穿透性和對金屬等特殊材料的強(qiáng)反射特性進(jìn)行實(shí)時(shí)快速透視成像，并且在達(dá)到成像目的的同時(shí)，不需要擔(dān)心X射線的電離傷害。太赫茲電磁信號能以較低的衰減穿透衣物，皮箱，陶瓷，硬紙板，塑料制品非極性材料等;而對于極性物質(zhì)比如水或金屬有強(qiáng)烈的吸收和反射。

　　太赫茲的成像解析度雖然比不上X射線，但足夠探測隱藏在衣物、鞋內(nèi)的刀具、槍械等物品。另外結(jié)合太赫茲對物質(zhì)鑒別的特性，能夠區(qū)分身上是否攜帶炸藥或毒品。便攜式的太赫茲安檢儀已經(jīng)處于后期研發(fā)測試階段，有希望在20cm外自動快速檢測危險(xiǎn)物品，實(shí)時(shí)生成高清晰度三維圖像?？梢栽O(shè)想再過幾年，將在在機(jī)場火車站安裝大量太赫茲安檢設(shè)備。

　　4.無損檢測。同樣是利用太赫茲電磁信號對大部分干燥、非金屬、非極性材料有較好的穿透能力，再結(jié)合各種成像技術(shù)，就可以對材料中的缺陷進(jìn)行詳細(xì)檢測。太赫茲無損檢測廣泛應(yīng)用于航天、雷達(dá)材料的檢測。介于太赫茲系統(tǒng)的小型化低成本話的趨勢，近年來越來越多的工業(yè)、民用產(chǎn)品流水線在配合太赫茲成像系統(tǒng)完成快速無損檢測。

　　5.大容量、高保密的寬帶近距離通信是太赫茲頻段的又一大應(yīng)用。雖然單就通信距離來看，由于太赫茲在空氣中傳播時(shí)很容易被水分所吸收，信號衰減嚴(yán)重，存在著傳輸距離的“短板”。但是，在某些情況下，有限的傳輸距離反而能成為優(yōu)勢。因?yàn)榇髿馑p能使信號根本無法傳播到遠(yuǎn)處的無線電技術(shù)監(jiān)聽設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)隱蔽安全的近距離通信。而100 GHz ~ 1 THz的超寬帶寬，是太赫茲通信的可用帶寬超過長波、中波、短波、微波 (30 GHz) 總的帶寬的1000倍。由于THz波的頻率比微波更高，波長很短，可以制成方向性很強(qiáng)，尺寸又小的天線，將大大減小發(fā)射功率，并減輕收發(fā)機(jī)相互之間的干擾。

　　毫米波及太赫茲領(lǐng)域是一個(gè)發(fā)展迅速的交叉學(xué)科，有著極其重要的科研學(xué)術(shù)價(jià)值和工業(yè)應(yīng)用前景. 在毫米波及太赫茲技術(shù)方面的研究，經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，取得了很多重要的成果, 但是仍然在很多研究領(lǐng)域還不夠成熟, 亟待需要進(jìn)一步地深入開發(fā), 并且有效的將這些頻段的應(yīng)用豐富起來, 進(jìn)而最終推動國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

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