太赫兹波技术和其应用.PDF

太赫兹波技术及其应用 太赫兹（THz ）波是指频率在0.1~10THz （波长为3000~30 µ m ）范围内的电磁波 （1THz=1012GHz ）。太赫兹波在电磁波频谱中占有很特殊的位置，如图一所示。其长波段 方向与毫米波（亚毫米波）相重合，而在短波段方向与红外线相重合。由于其频率范围处于 电子学和光子学的交叉区域，太赫兹波的理论研究处在经典理论和量子跃迁理论的过渡区， 其性质表现出一系列不同于其它电磁辐射的特殊性，从而可以应用于成像、通信、医学和天 文等多个领域。 虽然太赫兹波的产生和探测技术只在近几年才取得一定的成果，而且目前还没有适当功 率的小型化商品出现。但太赫兹技术的应用早已得到同步开展，这主要归功于太赫兹波在某 些应用领域的不可替代性。例如，很多干燥的非极性非金属材料在太赫兹波段的穿透性很强; 太赫兹波的能量很低(1TH，约4meV ) ，对有机组织无伤害; 太赫兹脉冲的宽度一般在亚皮 秒级，信噪比高，适合瞬态研究；采用太赫兹TDS 技术可以直接测量太赫兹波电磁场的相 位和振幅。正是太赫兹波的这些特性才使它在许多领域受到了重视。 生物医学领域的应用 太赫兹系统在医学领域有广泛的应用空间。THz 在电磁波谱中的范围大约为 0.1T-10THz，光子能量要比X 射线、γ 射线等的光子能量低的多，对人体或其它生物的细 胞组织不会产生光致电离作用，因而不会使细胞因接受大剂量辐射而发生癌变。所以，可以 o. 采用反射型系统进行太赫兹断层扫描成像。太赫兹系统还有可能在外科手术中用于实时检查 C s 癌组织切除状况，使患者避免复发或切除健康组织的危险;太赫兹波还可以得到比超声波更 ie g 清晰的软组织成像，以方便医生研究伤口愈合、肿瘤生长等情况。太赫兹波在生物医学上的 lo o 其它用途还有:研究药物和细胞的相互作用来指导药物生产;DNA 电荷传递分子机制的超快 hn 过程研究; 核酸的电子转移超快过程研究等。 c Te C S T 军事领域的应用 E 如前所述，由于太赫兹波对材料的敏感性，太赫兹技术可以广泛用于机场、码头等部门 及国土安全检测。美国RPI 学院进行的太赫兹波探测地雷试验，在10m 的范围达到了2mm 的精度。另外有关太赫兹波炸药探测和生化武器监测的研究也正在开展。 太赫兹波的大气传输特性如图二所示，在870 µm、735µ m、620 µm、450 µm 、350 µm 附近存在着相对透明的窗口。由图二可以看出，太赫兹波在军事领域的吸引力并不在于它的 灵敏度，而是它可以提供更高的空间分辨率或减小孔径尺寸。但是由于水分和生物目标引起 的衰减，太赫兹波的远距离遥感需要高灵敏度的探测器。例如，在100m 的距离使用1cm2 的探测器，就只能接收辐射到目标上的太赫兹波能量。对于太赫兹遥感技术来说，单光子探 料光谱特性的研究，例如测定掺杂半导体载流测器是比较合适的探测技术，但是目前这种探 测器还需要低温技术。 由于军事应用要求有高能量的光源、高灵敏度的探测技术和高稳定性的系统，目前实验 中采用的太赫兹系统大多都不能够直接用于军事用途。但是由于太赫兹波具有比毫米波更好 的方向性和高的空间分辨率，比红外光更大的带宽和容量，太赫兹波用于军事和通信还是有