太赫茲簡介

THz波（太赫茲波）或成為THz射線（太赫茲射線）是從上個世紀80年代中后期，才被正式命名的，在此以前科學家們將統稱為遠紅外射線。太赫茲波是指頻率在0.1THz到10THz范圍的電磁波，波長大概在0.03到3mm范圍，介于微波與紅外之間。實際上，早在一百年前，就有科學工作者涉及過這一波段。在1896年和1897年，Rubens和Nichols就涉及到這一波段，紅外光譜到達9um（0.009mm）和20um（0.02mm），之后又有到達50um的記載。之后的近百年時間，遠紅外技術取得了許多成果，并且已經產業化。但是涉及太赫茲波段的研究結果和數據非常少，主要是受到有效太赫茲產生源和靈敏探測器的限制，因此這一波段也被稱為THz間隙。

隨著80年代一系列新技術、新材料的發展，特別是超快技術的發展，使得獲得寬帶穩定的脈沖THz源成為一種準常規技術，THz技術得以迅速發展，并在實際范圍內掀起一股THz研究熱潮。2004年，美國政府將THz科技評為“改變未來世界的十大技術”之四，而日本于2005年1月8日更是將THz技術列為“國家支柱十大重點戰略目標”之首，舉全國之力進行研發。我國政府在2005年11月專門召開了“香山科技會議”，邀請國內多位在THz研究領域有影響的院士專門討論我國THz事業的發展方向，并制定了我國THz技術的發展規劃。另外，美國、歐洲、亞洲、澳大利亞等許多國家和地區政府、機構、企業、大學和研究機構紛紛投入到THz的研發熱潮之中。THz研究領域的開拓者之一，美國著名學者張希成博士稱：“Next ray，T-Ray ！”。

目前國內已經有多家研究機構開展太赫茲領域的相關研究，其中首都師范大學，是入手較早，投入較大的一家，并且在毒品和炸藥太赫茲光譜、成像和識別方面，利用太赫茲對非極性航天材料內部缺陷進行無損檢測方面做出了許多開拓性的工作，同時由于太赫茲射線在安全檢查方面的獨特優勢，首都師范大學太赫茲實驗室正集中力量研發能夠用于實景測試的安檢原型設備。

目前，國際上對太赫茲輻射已達成如下共識，即太赫茲是一種新的、有很多獨特優點的輻射源；太赫茲技術是一個非常重要的交叉前沿領域，給技術創新、國民經濟發展和國家安全提供了一個非常誘人的機遇。它之所以能夠引起人們廣泛的關注、有如此之多的應用，首先是因為物質的太赫茲光譜（包括透射譜和反射譜）包含著非常豐富的物理和化學信息，所以研究物質在該波段的光譜對于物質結構的探索具有重要意義；其次是因為太赫茲脈沖光源與傳統光源相比具有很多獨特的性質。

人們關注THz技術的原因是THz射線普遍存在，是人們認識自然界的有效線索和工具。但是相對于其他波段的電磁波比如紅外和微波，對它的認識和應用非常匱乏。

THz射線的主要特點：

（1）是THz 脈沖的典型脈寬在皮秒量級，不但可以方便地進行時間分辯的研究，而且通過取樣測量技術，能夠有效地抑制遠紅外背景噪聲的干擾。目前，脈沖THz 輻射通常只有較低的THz 射線平均功率，但是由于THz 脈沖有很高的峰值功率，并且采用相干探測技術獲得的是THz 脈沖的實時功率而不是平均功率，因此有很高的信噪比。目前，在時域光譜系統中的信噪比可達105或更高。

（2）是THz 脈沖源通常只包含若干個周期的電磁振蕩，單個脈沖的頻帶可以覆蓋從GHz 直至幾十THz 的范圍，許多生物大分子的振動和轉動能級，電介質、半導體材料、超導材料、薄膜材料等的聲子振動能級落在THz 波段范圍。因此THz 時域光譜技術作為探測材料在THz 波段信息的一種有效的手段，非常適合于測量材料吸收光譜，可用于進行定性鑒別的工作。

（3) THz 光子的能量低，只有幾毫電子伏特，因此不容易破壞被檢測物質。

（4) 許多的非金屬非極性材料對THz 射線的吸收較小，因此結合相應的技術，使得探測材料內部信息成為可能。例如，陶瓷，硬紙板，塑料制品，泡沫等對THz 電磁輻射是透明的，因此THz 技術可以作為x射線的非電離和相干的互補輻射源，用于機場、車站等地方的安全監測，比如探查隱藏的走私物品包括槍械、爆炸物、和毒品等，以及用于集成電路焊接情況的檢測等。極性物質對THz 電磁輻射的吸收比較強，特別是水，THz 光譜技術中應采取各種措施避免水分的影響，不過在THz 成像技術中，可以利用這一特性分辨生物組織的不同狀態，比如動物組織中脂肪和肌肉的分布，診斷人體燒傷部位的損傷程度，及植物葉片組織的水分含量分布等。太赫茲成像技術與其他波段的成像技術相比，它所得到的探測圖像的分辨率和景深都有明顯的增加（超聲、紅外、X－射線技術也能提高圖像分辨率，但是毫米波技術卻沒有明顯的提高）。另外太赫茲技術還有許多獨特的特性，如在非均勻的物質中有較少的散射，能夠探測和測量水汽含量等等。

太赫茲光譜技術不僅信噪比高，能夠迅速地對樣品組成的細微變化作出分析和鑒別，而且太赫茲光譜技術是一種非接觸測量技術，使它能夠對半導體、電介質薄膜及體材料的物理信息進行快速準確的測量。