太赫兹技术期末报告

本学期在微波电路与系统发展趋势这一课程中，徐锐敏教授主要为我们介绍了微波电路和系统、第一代波导立体电路、第二代混合集成电路、第三代片集成电路和微波MCM、第四代射频微系统、以及一体化电子系统中的高频前端和太赫兹技术等方面内容。由于本人个人对太赫兹技术较感兴趣，故参考老师的ppt 和一些资料对此作出了一些整理。

一、什么是太赫兹波？

太赫兹波（THz波）是指频率为0.3～10THz（1THz=1012Hz），对应波长为1mm～30μm范围内的电磁波。目前不同资料对太赫兹波范围定义不尽相同：有的对其定义为0.1～10THz ，波长1mm～30μm；或者有的是将其定义为0.3～30THz，其波长为1mm～10μm等。虽然不同资料对太赫兹波范围定义不同，但它们所指的都是夹杂在毫米波和红外线之间的特殊波段。这一被夹在电子学和光子学之间的间隙被称为太赫兹间隙，在很长一段时间内没有被开发。其广阔的前景和优越的特性使得全世界各国都给予极大的关注，被视为“改变未来的十大技术”之一。

1.太赫兹波的历史发展

太赫兹波被正式命名始于上世纪80年代，在此以前科学家们将其统称为远红外射线。实际上早在一百年前，就有科学工作者涉及过这一波段。但掣肘于技术的限制，太赫兹波在当时主要被化学家和天文学家用于研究简单分子的旋转和振动共振以及热发射谱线的研究。在很长一段时间内太赫兹频段技术并没有得到开发。

如今，随着科学研究的发展与需求，太赫兹波因其特殊的频谱位置和特性受到了世界各国的高度重视，极大的推动了这一技术的发展：2004年，美国政府将太赫兹技术评为“改变未来世界的十大技术”之一，大力推进太赫兹技术的研究，研发机构主要有美国国家基金会(NSF) 、国家航天局(NASA) 、海军研究办公室(ONR)、能源部(DOE)和国立卫生研究院(NIH)，麻省理工学院(MIT)，伦斯勒理工大学(RPI)等。欧洲多个国家也积极加入到研究太赫兹技术的行列，主要机构包括英国的卢瑟福实验室、剑桥大学、里兹大学，德国核物理研究中心、柏林同步辐射中心，瑞士联邦工学院等多所高校和研究中心。而日本政府于2005年初，也将太赫兹技术列为该国“国家支柱十大重点战略目标”的首位，全力研发。我国政府也于2005年，召开了以“太赫兹科学技术的新发展”为主题的香山科技会议，制定我国太赫兹科技研究发展规划，为我国全面开展太赫兹技术研究具有重要意义；另外，国家973、863计划以及自然科学基金也逐渐将太赫兹技术其作为一个重点支持的研究方向。

2.太赫兹波的特点

由于太赫兹的频率很高以及脉冲很短（皮秒量级），所以具有很高的空间分辨率时间分辨率。太赫兹成像技术和太赫兹波谱技术由此构成了太赫兹应用的两个主要关键技术。另外，太赫兹脉冲的典型脉宽在皮秒量级，通过取样测量技术，能够有效地抑制远红外背景噪声的干扰。目前，脉冲太赫兹辐射通常只有较低的太赫兹射线平均功率，但是由于太赫兹脉冲有很高的峰值功率，并且采用相干探

测技术获得的是太赫兹脉冲的实时功率而不是平均功率，因此有很高的信噪比。目前，在时域光谱系统中的信噪比可达105或更高。

太赫兹脉冲源通常只包含若干个周期的电磁振荡，单个脉冲的频带可以覆盖从GHz直至几十THz的范围，许多生物大分子的振动和转动能级，电介质、半导体材料、超导材料、薄膜材料等的声子振动能级落在THz 波段范围。因此THz 时域光谱技术作为探测材料在THz 波段信息的一种有效的手段，非常适合于测量材料吸收光谱，可用于进行定性鉴别的工作。而且太赫兹在粮食选种，优良菌种的选择等农业和食品加工行业有着良好的应用前景。

太赫兹光子的能量低，只有几毫电子伏特，不会对物质产生破坏作用，因此不容易破坏被检测物质，所以与x射线相比更具有优势。

许多的非金属非极性材料对太赫兹射线的吸收较小，因此结合相应的技术，使得探测材料内部信息成为可能。陶瓷，硬纸板，塑料制品，泡沫等对太赫兹电磁辐射是透明的，因此太赫兹技术可以作为x射线的非电离和相干的互补辐射源，用于机场、车站等地方的安全监测，以及用于集成电路焊接情况的检测等。而极性物质对太赫兹电磁辐射的吸收比较强，特别是水，太赫兹光谱技术中应采取各种措施避免水分的影响，不过在太赫兹成像技术中，可以利用这一特性分辨生物组织的不同状态，比如动物组织中脂肪和肌肉的分布，诊断人体烧伤部位的损伤程度，及植物叶片组织的水分含量分布等。太赫兹成像技术与其他波段的成像技术相比，它所得到的探测图像的分辨率和景深都有明显的增加（超声、红外、x－射线技术也能提高图像分辨率，但是毫米波技术却没有明显的提高）。

另外太赫兹技术还有许多独特的特性，如在非均匀的物质中有较少的散射，能够探测和测量水汽含量等等。

二、太赫兹技术研究现状

从系统角度来看，太赫兹技术研究主要分为太赫波的产生、传输和探测等关键技术的研究。这些关键技术的研究对象是太赫兹源、波导器件和探测器等，它们都是太赫兹系统的关键组成部分。由于太赫兹波属于电子学和光子学的交叉领域，因此，太赫兹技术的研究方法也主要分为电子学方法与光子学方法。

1.太赫兹波的产生

根据产生方法不同，太赫兹源主要分为基于电子学方法的太赫兹源和基于光子学方法的太赫兹源两类：

电子学方法主要是将微波毫米波上变频至太赫兹波，主要器件有倍频器、返波管(BWO)、耿氏振荡器(Gunn Oscillator)、量子级联激光器(QCL)、自由电子激光器(FEL)以及利用储存环加速器来产生高亮度THz辐射等。然而由于受到工艺及一些核心器件本身的限制，基于电子学方法产生的太赫波的频率往往小于1THz，故基于电子学方法的太赫兹源发展的一个关键问题是如何进一步提高辐射频率。

光子学方法主要是将可见光或红外线下变频至太赫兹波，主要有光整流(Optical Rectification)[7]、光差频(DFG) 、光泵浦(Opical pumping)、光电导(Photoconductive)、光参量、Cherenkov 辐射效应、空气等离子体中的四波混频等方法。基于光子学方法产生太赫兹波具有较好的方向性和相干性，并且频率范围能够覆盖整个太赫兹波段。

2.太赫兹波的传输

太赫兹波在大气中的传播受水汽和干空气的影响，都呈现出很多的吸收峰，其中尤以水汽情况下的吸收衰减为甚，说明强极性液体对太赫兹辐射有较强的吸收。另外大气微粒会对太赫兹波产生散射作用，目前多是以Mie散射理论为主的研究。

太赫兹波在波导中的传输目前以开展的研究有太赫兹脉冲在圆形和矩形金属波导中的传输、单模太赫兹波在蓝宝石光纤中的传输、单模太赫兹波在聚乙烯介质带平板波导中的传输、太赫兹脉冲通过细小孔径、通过薄和厚的金属狭缝的传输、以及太赫兹光子晶体波导的研制等。

3.太赫兹波的探测

太赫兹探测技术一般分为主动式和被动式，主动式探测技术是基于太赫兹时域光谱发展起来的光电导天线探测技术以及电光取样探测技术，可以在常温环境下高灵敏地探测低背景噪声的相干太赫兹信号，目前一般适用于实验室模拟环境下的测量，直接应用较少。

被动式探测技术主要有热辐射计、热膨胀式探测盒（Golay盒）、肖特基二极管直接探测、差频检测等。被动式探测技术目前主要被应用于遥感探测，灵敏度是其重要的一项指标。

三、太赫兹波的应用

(1)、安全检查和无损检测：充分利用太赫兹波的穿透性、无害性和方便性。

(2)、环境监测：利用太赫兹技术能够对许多物质的电、声学性质及化学成分进行研究。利用太赫兹波能够检测出有毒或有害分子，从而用于污染物检测。通过太赫兹波探测器，可以对大气中有害气体的含量及分布等进行监测，从而获得第一手的数据和资料。利用太赫兹波也可用于检测隐藏在箱包、家用材料及民用设备中的特殊物质，如炸药、毒品等。

(3)、通信领域：太赫兹波可以作为很好的宽带信息载体，在雷达和通讯方面具有很明显的优势，特别适合用于宽带移动通讯。利用太赫兹波作为信息载体比可见光和红外线效率高，并且具有良好的方向性和穿透能力。与微波雷达相比，太赫兹雷达可探测到更小的目标，实现更精确的定位，并具有更高的分辨率。

(4)、医学领域：由于很多生物体对太赫兹波具有独特的响应，因此利用太赫兹波可进行疾病诊断、生物体的探测及癌细胞的组织成像等。在医学治疗过程中照射的X光的光子能量较高，对人体造成的伤害非常大，而用于医疗诊断的太赫兹成像设备，则能将这种照射对人体的伤害降低100万倍，因此太赫兹波成像技术已经成为医学检查的一个有效工具。目前已有部分实验室利用太赫兹成像技术对生物组织的烧伤进行探测，以辅助诊断皮肤的烧伤程度。利用太赫兹成像技术来测量皮肤肌肉组织的表面光谱，用以诊断皮肤是否癌变；口腔科的牙齿成像也是潜在应用，可以更好的进行龋齿探测。

四、国内发展现状

目前我国的太赫兹研究在国内也得到了高度重视,太赫兹科学技术受到政府

机构和各科研院校的高度关注。国家科技部、国家自然科学基金委员会等都给予了一定的支持。我国政府于2005年召开的以“太赫兹科学技术的新发展”为主题的香山科技会议，制定我国太赫兹科技研究发展规划，为我国全面开展太赫兹技术研究具有重要意义；同时，国家973、863计划以及自然科学基金也逐渐将太赫兹技术其作为一个重点支持的研究方向。针对国际上的研究瓶颈问题，我国在太赫兹源、探测、成像应用以及传输等领域的理论和实验研究上形成了自己的研究特色，并取得了一些重要成果。尤其是由我校电子科技大学牵头组建了太赫兹科学协同研究中心，取得了一系列成果。我校在太赫兹技术方向不仅完成了毫米波与太赫兹无线通信技术开发等一系列课题，并成功举办了第一届全国太赫兹科学技术学术年会，学术水平和地位俨然已处于全国领先水平。

而就在前不久的9月28日，在电子科技大学六十周年校庆之际从哥本哈根召开的第41届“国际红外毫米波-太赫兹会议（IRMMW-THz）”上传来喜讯，中国科学院院士、电子科技大学老校长刘盛纲教授荣获由国际红外毫米波太赫兹学会颁发的该领域最高奖——“杰出贡献奖”，以表彰其在本领域的杰出成就和突出贡献。这一喜讯也是促使我对太赫兹技术产生兴趣的原因之一。

五、个人体会

在通过对本课程的学习和查阅资料的过程中，对太赫兹技术有了一定的了解，太赫兹技术作为一门信息技术领域的新兴技术拥有广阔的发展前景值得我们去探索。但同时限于知识和眼界的局限资料中很多内容对我而言尚有些云里雾里、一知半解：比如论文中对其物理原理的解释、Mie散射分析方法等内容。这督促我个人在今后的学习中对理论学习进一步了解和深入。

太赫兹(THz)技术

太赫兹(THz)技术 一、基本概念 (1) 1. 太赫兹波 (1) 2. 太赫兹波的特点 (1) 二、国内外研究现状 (2) 1. 美国 (3) 2. 欧洲 (3) 3. 亚洲 (3) 三、太赫兹技术的应用 (4) 1. 太赫兹雷达和成像 (4) 2. 太赫兹通信 (5) 3. 太赫兹安全检查 (6) 4. 太赫兹无损检测 (7) 5. 环境探测 (7) 6. 生物医学 (8) 7. 天文观测 (8) 8. 材料特性的研究 (9) 四、太赫兹技术的研究内容 (9) 1. 太赫兹辐射源 (9) 2. 太赫兹波段信号的探测 (10) 3. 太赫兹功能器件 (10) 五、我们能做些什么 (10)

一、基本概念 1.太赫兹波 太赫兹(Terahertz)一词是弗莱明(Fleming)于1974年首次提出的，用来描述迈克尔逊干涉仪的光谱线频率范围。太赫兹(THz, 1THz=1012Hz)频段是指频率从十分之几到十几太赫兹，介于毫米波与红外光之间相当宽范围的电磁辐射区域。THz波又被称为T射线，在频域上处于宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，在电子学向光子学的过渡区域。长期以来由于缺乏有效的THz辐射产生和检测方法，对于该波段的了解有限，使得THz成为电磁波谱中最后一个未被全面研究的频率窗口，被称为电磁波谱中的“太赫兹空隙”（Terahertz Gap）。 2.太赫兹波的特点 THz波具有很多独特的性质。从频谱上看，THz 辐射在电磁波谱中介于微波与红外辐射之间；在电子学领域， THz辐射被称为毫米波或亚毫米波；在光学领域，它又被称为远红外射线；从能量上看, THz波段的能量介于电子和光子之间。 THz的特殊电磁波谱位置赋予它很多优越的特性，有非常重要的学术价值和应用价值，得到了全世界各国研究人员的极大关注。 THz 波的频率范围处于电子学与光子学的交叉区域。在长波方向，它与毫米波有重叠，在短波方向，它与红外线有重叠。在频域上， THz处于宏观经典理论向微观量子理论的过渡区。由于其所处的特殊位置，THz波表现出一系列不同于其他电磁辐射的特殊性质： 1)THz脉冲的典型脉宽在亚皮秒量级，不但可以方便地对各种材料进行亚皮秒、飞秒时间分辨的瞬态光谱研究，而且通过取样测量技术，能够有效地抑制背景辐射噪音的干扰，得到具有很高信噪比(大于) THz电磁波时域谱，并且具有对黑

太赫兹测试技术

太赫兹测试技术 来源：中国电子科技集团公司第四十一研究所 摘要：本文主要介绍基于毫米波向上扩展方式的THz测试技术，主要包括 THz 信号发生、THz 信号功率和频谱检测及矢量网络分析等相关仪器的实现方案和目前国内外达到的主要技术指标。 关键词：太赫兹（THz），测试与测量，仪器 一、引言 THz(TeraHertz)频段是指频率从十分之几到十几个THz，介于毫米波与红外光之间相当宽范围的电磁辐射区域，又称T射线(Terahertz-Ray)，是电子学与光学的交界处，无线电物理领域称其为亚毫米波(SMMW，Sub-Millimeter Wave)，而光学领域则习惯称之为远红外辐射(FIR， Far-Infra-Red)，长期以来，由于缺乏有效的THz辐射产生和检测方法，人们对于该波段电磁辐射性质的了解非常有限，以致于该波段被称为电磁波谱中的THz空隙。该波段也是电磁波谱中有待进行全面研究的最后一个频率窗口。THz电磁波及其应用技术已经成为科学界的“热点”领域。它在物体成像、环境监测、医疗诊断、射电天文等方面具有重大的科学价值和广阔的应用前景。 测试与测量技术是科学研究的基础，THz测试与测量仪器设备因技术难度大，发展相对缓慢，造成了THz技术研究相对滞后。在THz测试技术中首先要解决的是THz电磁信号的发生技术、THz 电磁信号的频率和功率检测技术，并以此为基础的大动态网络参数测试技术，这也是THz技术研究领域的最前沿问题。 THz信号的发生和接收有两种发展方向，一种是从红外往下扩展，一种是从毫米波向上扩展，一般红外向下扩展方式产生的THz信号具有输出功率高、频率高的特点，但是分辨率较低；毫米波向上扩展方式产生的THz信号输出功率小，频率上限也稍低，但是分辨率高，本文主要讨论的是基于毫米波向上扩展方式的THz测试技术，因此内容主要涉及到THz的频率低端。

太赫兹技术及其应用概述

太赫兹技术及其应用概述 来源：互联网 太赫兹技术（T-RAY）是指利用太赫兹波的技术,所谓的太赫兹科学，就是研究电滋波中的某一段，但这段电滋波能“看透”许多东西。100多年前，在红外天文学上人们曾提到太赫兹，但在科研和民用方面很少有人触及。在微波、可见光、红外等技术被广泛应用的情况下，太赫兹发展滞后的主要原因在于缺少探测器和发射源，直到近10几年，随着科研手段的提高，人们在这一领域的研究才有了较大发展。目前人类对太赫兹的研究已发展成为一个新的领域，研究太赫兹的单位也从20年前的3个发展到全世界的200多个。 太赫兹波指的是频率在0.1THz~10.0THz范围的电磁波。它具有很多优异的性质，被美国评为“改变未来世界的十大技术”之一。太赫兹波谱学、太赫兹成像和太赫兹通信是当前研究的三大方向。在安全检查、无损探测、天体物理、生物、医学、大气物理、环境生态以及军事科学等诸多科学领域有着重要的应用。具有极高截止频率的肖特基二极管能够在室温下实现太赫兹波的混频、探测和倍频，是太赫兹核心技术之一；此外，在低损耗的衬底上实现太赫兹电路是太赫兹技术得以实现的基础。 太赫兹波是频率范围在0.1T至10THz(波长在3mm至30um)的电磁频谱，它介于毫米波与远红外光之间，是至今人类尚未充分认知和利用的频谱资源，有望对通信(宽带通信)、雷达、电子对抗、电磁武器、安全检查等领域带来深刻变革。 太赫兹的独特性能给通信(宽带通信)、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学成像(无标记的基因检查、细胞水平的成像)、无损检测、安全检查(生化物的检查)等领域带来了深远的影响。由于太赫兹的频率很高，所以其空间分辨率也很高;又由于它的脉冲很短(皮秒量级)所以具有很高的时间分辨率。太赫兹成像技术和太赫兹波谱技术由此构成了太赫兹应用的两个主要关键技术。同时，由于太赫兹能量很小，不会对物质产生破坏作用，所以与X射线相比更具有优势。另外，由于生物大分子的振动和转动频率的共振频率均在太赫兹波段，因此太赫兹在粮食选种，优良菌种的选择等农业和食品加工行业有着良好的应用前景。太赫兹的应用仍然在不断的开发研究当中，其广袤的科学前景为世界所公认。 经过近十几年来的研究，国际科技界公认，THz科学技术是一个非常重要的交叉前沿领域。由于THz的频率很高（波长比微波小1000陪以上），所以其空间分辨率很高。又由于

太赫兹科学技术的军事应用

太赫兹（Terahertz，缩写为THz）是频率单位, 1太赫兹等于1012赫兹。太赫兹波是指频率0.1～10太赫兹、介于毫米波和红外线之间的电磁波。太赫兹科学技术泛指直接研究和应用太赫兹波本身，以及利用太赫兹波研究开发的所有理论和应用，是一个非常重要、尚未开发的前沿领域。 太赫兹技术之所以具有特别的吸引力，是由于太赫兹辐射的如下特点：约50%的宇宙空间光子能量、大量星际分子的特征谱线在太赫兹范围内；大量有机分子转动和振动跃迁、半导体的子带和微带能量在太赫兹范围内；太赫兹辐射能穿透非金属和非极性材料，穿透烟雾和浮尘；太赫兹光子能量小，不会引起生物组织的光致电离。因此，太赫兹技术在物体成像、环境监测、医疗诊断、射线天文、宽带通信、雷达等领域具有重大的科学价值和广阔的应用前景。 在世界范围，太赫兹辐射物理及其应用研究方兴未艾。包括美国国防部、航空航天局在内，全世界已有100多个机构在从事相关研究，例如，日本政府把太赫兹技术确立为“国家支柱技术十大重点战略目标之首”予以支持。由于信息化武器装备的工作频段逐步从微波及可见光区域向太赫兹波段延伸，太赫兹科学技术在军事上的重要性不言而喻。谁优先掌握这一重要频段的相关技术，谁就有可能在军事上领先一个时代。我们应该抓住太赫兹科学技术刚刚起步的机遇，不失时机地加速开展太赫兹领域的理 太赫兹科学技术的军事应用 张振伟　牧凯军　张存林 论与应用研究，为我国的经济发展和国防建设做出贡献。 太赫兹波在军事上的优势 太赫兹波的频率介于微波与红外之间，因此太 赫兹系统兼顾电子学系统和光学系统的优势。作为 美国能源部的宣传页，从中可以一窥太赫兹技术的概貌。 电磁波谱图，注意太赫兹波段的位置。

太赫兹技术 复合材料检测

赫兹成像技术检测复合材料 摘要:目的–本文的目的是提出了各种情况下的复合材料的太赫兹成像技术的能力，也提出了一种新的缺陷检测算法。方法–本文首先讨论了应用在复合材料检测的太赫兹技术。然后介绍了太赫兹辐射源（光电导天线）和太赫兹时域成像系统的一般结构。接下来得到了复合防腐涂层、玻璃和增强碳纤维层合板的太赫兹成像结果。然后提出了信号处理和基于时域识别方案和A扫描信号的均衡和C扫描阈值方法。这样处理后的数据,被参数化与缺陷识别数据库做准备。所提出的方法使用玻璃纤维层压板分层示范性的检验结果进行了验证。最后，对太赫兹时域检测和低能量的数字射线照相做了对比。结果–说明太赫兹成像技术适合于复合材料结构的检验。得到了复合防腐涂层、玻璃和增强碳纤维层合板的太赫兹成像结果。提出了信号处理算法的应用能够准确的缺陷检测和有效的数据收集识别数据库的目的。结论–本文洞察各种复合结构的太赫兹成像的可能性，提出的信号处理和缺陷检测方案适用于广泛的复合材料结构。 关键词无损检测、复合材料、图像处理、信号处理 1.引言 复合材料具有高耐腐蚀、足够的刚度和高强度重量比的特性，所以在现代工业得到广泛使用。复合材料应用在风力涡轮机、坦克、汽车、海洋和航空结构。超声波、涡流法、微波技术、光学方法和温度记录是常用的对复合材料进行无损检测的技术。由于异构结构的复合材料(多层性质和纤维波纹)中发现的缺陷不同于金属中的缺陷。断层的探测和识别使得任务更加复杂。先进的无损检测技术如太赫兹光谱或低能量数码摄影(DR)成为可能非常精确表征缺陷位置,因为高空间分辨率。特别是,太赫兹技术能够评估复合材料层合板的内部分层。 2.太赫兹技术用于检查复合材料 太赫兹电磁辐射能够非侵入式的、非电离和非接触式的检测介质材料,如:塑料、枯木、炸药陶瓷、泡沫材料和复合材料,尤其是不导电的增强纤维。T-Rays对折射率敏感。任何影响折射率的缺陷都可以观察到，比如： 。空隙; 。分层; 。夹杂物; 。非均质分布材料(纤维/基体分布); 。表面粗糙度; 。纤维波纹; 。内部层之间的分层(在分层结构) 在大多数情况下,缺陷是基于脉冲太赫兹时域光谱(TDS)反射和透射成像被检测的。该方法非常适合评估分层材料。每个不同层之间引起入射太赫兹脉冲的反射和衰减的传播。传播脉冲和它们的回声(延迟层反射)延迟的差异能够表征厚度特征和内部结构的状态。非常短的脉冲(皮秒)包含宽的频率带宽(0.05-3太赫兹),因此,有可能把一个单点宽带测量。太赫兹TDS 系统的主要组件: 。两个传感器(发射机和接收机); 。超快速激光; 。光学延迟线。

射电天文及太赫兹技术的应用与发展

射电天文及太赫兹技术的应用与发展 目录： 1. 射电天文学的介绍； 2. 太赫兹波段的特点； 3. 太赫兹科学技术与应用发展； 4. 高度灵敏探测技术和超导技术的发展； 5. SMA及ALMA计划，后端频谱处理技术，南极天文台太赫兹望远镜计划介绍。 摘要：射电天文学理论认为由于地球大气的阻拦，从天体来的无线电波只有波长约1毫米到30米左右的才能到达地面，绝大部分的射电天文研究都是在这个波段内进行的。射电天文学以无线电接收技术为观测手段，观测的对象遍及所有天体：从近处的太阳系天体到银河系中的各种对象，直到极其遥远的银河系以外的目标。在宇宙中，大量的物质在发出THz电磁波。炭（C）、水（H2O）、一氧化碳（CO）、氮 （N2）、氧（O2）等大量的分子可以在THz频段进行探测。而这些物质在应用THz 技术以前一部分根本无法探测而另一部分只能在海拔很高或者月球表面才可以探测到。 关键词：射电天文太赫兹超导 正文： 一：射电天文： 对于研究射电天体来说，测到它的无线电波只是一个最基本的要求。人们还可以应用颇为简单的原理，制造出射电频谱仪和射电偏振计，用以测量天体的射电频谱和偏振。研究射电天体的进一步的要求是精测它的位置和描绘它的图像。一般说来，只有把射电天体的位置测准到几角秒，才能够较好地在光学照片上认出它所对应的天体，从而深入了解它的性质。为此，就必须把射电望远镜造得很大，比如说，大到好几公里。这必然会带来机械制造上很大的困难。因此，人们曾认为射电天文在测位和成像上难以与光学天文相比。可是，五十年代以后，射电望远镜的发展，特别是射电干涉仪（由两面射电望远镜放在一定距离上组成的系统）的发展，使测量射电天体位置的精度稳步提高。五十年代到六十年代前期，在英国剑桥，利用许多具射电干涉仪构成了“综合孔径”，系统，并且用这种系统首次有效地描绘了天体的精细射电图像。接着，荷兰、美国、澳大利亚等国也相继发展了这种设备。到七十年代后期，工作在短厘米波段的综合孔径系统所取得的天体射电图像细节精度已达2″，可与地面上的光学望远镜拍摄的照片媲美。射电干涉仪的应用还导致了六十年代末甚长基线干涉仪的发明。这种干涉仪的两面射电望远镜之间，距离长达几千公里，乃至上万公里。用它测量射电天体的位置，已能达到千分之几角秒的精度。七十年代中，在美国完成了多具甚长基线干涉仪的组合观测，不断取得重要的结果。

不同频率的电磁波及太赫兹的简介

不同频率的电磁波及太赫兹的简介 一．电磁波介绍 不同频率的电磁波电与磁可以说是一体两面，变化的电场会产生磁场（即电流会产生磁场），变化的磁场则会产生电场。变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场[1]，这就是电磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波，电磁的变动就如同微风轻拂水面产生水波一般，因此被称为电磁波，也常称为电波。电磁波能有效的传递能量和动量。电磁波是电磁场的一种运动形态。 从科学的角度来说，电磁波是能量的一种，凡是高于绝对零度的物体，都会释出电磁波。 当电磁波频率低时，主要藉由有形的导电体才能传递；当频率渐提高时，电磁波就会外溢到导体之外，不需要介质也能向外传递能量，这就是一种辐射。举例来说，太阳与地球之间的距离非常遥远，但在户外时，我们仍然能感受到和煦阳光的光与热，这就好比是「电磁辐射即由辐射现象传递能量」的原理一样。 在高频电磁振荡的情况下，部分能量以辐射方式从空间传播出去所形成的电波与磁波的总称叫做“电磁波”。在低频的电振荡中，磁电之间的相互变化比较缓慢，其能量几乎全部返回原电路而没有能量辐射出去。然而，在高频率的电振荡中，磁电互变甚快，能量不可能全部返回原振荡电路，于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去。 电磁波为横波。电磁波的磁场、电场及其行进方向三者互相垂直。振幅沿传播方向的垂直方向作周期性交变，其强度与距离的平方成反比，波本身带动能量，任何位臵之能量功率与振幅的平方成正比。其速度等于光速（每秒3×1010厘米）。光波就是电磁波。在空间传播的电磁波，距离最近的电场（磁场）强度

方向相同和量值最大两点之间的距离，就是电磁波的波长。 无线电波3000米～0.3毫米。 红外线0.3毫米～0.75微米 可见光0.7微米～0.4微米。 紫外线0.4微米～10毫微米 X射线10毫微米～0.1毫微米 γ射线0.1毫微米～0.001毫微米 宇宙射线小于0.001毫微米 传真（电视）用的波长是3～6米；雷达用的波长更短，3米到几毫米。 电磁波在传播中携有能量，可以作为信息的载体。这就为无线电通信、广播、电视、遥感等技术开阔了道路。 电磁波的能量大小由坡印廷矢量决定，即S=E×H,其中s为坡印庭矢量，E 为电场强度，H为磁场强度。E、H、S彼此垂直构成右手螺旋关系；即由S代表单位时间流过与之垂直的单位面积的电磁能。 电磁波具有能量，电磁波是一种物质。 二．太赫兹简介 1．简介 太赫兹电磁脉冲或称为THz波（太赫兹波）或称为T射线（太赫兹射线）是从上个世纪80年代中后期，才被正式命名的，在此以前科学家们将统称为远红外射线。太赫兹波是指频率在0.1THz到10THz范围的电磁波，波长大概在0.03到3mm范围，这一波段的电磁辐射具有很强的透视能力，可以作为一种特殊的

太赫兹技术及其在研究领域的应用

太赫兹技术及其在研究领域的应用 摘要：简要介绍了太赫兹技术的国内外发展状况，由于太赫兹波在电磁波谱中的特殊位置，其表现出优越的特性，太赫兹科学技术已成为本世纪最为重要的科技问题之一。通过对太赫兹基础研究领域的分析，阐明了太赫兹波的作用机理及相关器件的发展。太赫兹技术在成像、通讯、航空及生物医药等领域有着广阔的应用前景。随着技术理论的不断发展及成熟，太赫兹技术必将对国民经济和国家安全产生重大影响。 关键词：太赫兹；太赫兹技术；基础研究；太赫兹应用 Terahertz technology and its applications in research field Abstract：The development of Terahertz technology at home and abroad is briefly summarized, and the special position of THz wave in electromagnetic spectrum, it shows the superior characteristic. So Terahertz Science and technology has become one of the most important scientific and technological problems in this century. Through the analysis of the THz basic research field, the mechanism of THz wave and the development of the related devices are elucidated. THz technology has broad application in imaging, communications, aviation and biomedical and other fields. With the development of technology theory, THz technology will have a great impact on national economy and national security. Key words：Terahertz; Terahertz technology; basic research; Terahertz application 0 引言 随着现代科学技术的迅猛发展、各国之间科技竞争的加剧及社会信息化进程的不断加快，高新技术越来越成为各个国家之间竞争力水平的标志。太赫兹技术由于其一系列的优点及其广泛的应用价值成为世界各国研究机构关注的焦点，太赫兹技术也成为本世纪重大新兴科学技术领域之一[1]。太赫兹波是指频率范围为0.1~10.0THz的电磁波，波长范围为0.03~3.00mm，介于微波频段与红外之间，兼具二者的优点[2]（如图1所示）。它的长波段与毫米波(亚毫米波)相重合，其发主要依靠电子学科学技术；在短波段与红外线相重合，主要依靠光子学科技术发展，可见太赫兹波是宏观电子学向微观电子学过渡的频段，在电子波频谱中占有很特殊的位置，表现出一系列不同于其他电磁辐射的特殊性能。但长期以来由于缺乏有效的太赫兹辐射产生和检测方法，导致太赫兹频段的电磁波未得到充分的研究和应用，被称为电磁波谱中的“太赫兹空隙(THz gap)”。从过去二十多年前开始，随着太赫兹辐射源和太赫兹探测器的相继问世，太赫兹技术的研究和应用才有了较快发展，在医疗诊断、雷达通讯、物体成像、宽带移动通信、军事航空等领域显示了重大的科学价值及实用前景，与此同时，其他方面的工程应用潜力也受到关注。

太赫兹技术各种应用

太赫兹技术各种应用 “Terahcrtz”一词是弗莱明（Fletning）于1974年首次提出的，用来描述迈克尔逊干涉仪的光谱线频率范围。太赫兹频段是指频率从十分之几到十几太赫兹，介于毫米波与红外光之间相当宽范围的电磁辐射区域，THz波又被称为T-射线，在频域上处于宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，在电子学向光子学的过渡区域，长期以来由于缺乏有效的THz辐射产生和检测方法，对于该波段的了解有限，使得THz成为电磁波谱中最后一个未被全面研究的频率窗口，被称为电磁波谱中的“太赫兹空隙（THzGap）” THz波具有很多独特的性质，从频谱上看，THz辐射在电磁波谱中介于微波与红外辐射之间；在电子学领域，THz辐射被称为毫米波或亚毫米波；在光学领域，它又被称为远红外射线，从能量上看，THz波段的能量介于电子和光子之间。THz的特殊电磁波谱位置赋予它很多优越的特性，有非常重要的学术价值和应用价值，得到了全世界各国研究人员的极大关注，美国、欧洲和日本尤为重视。2004年美国技术评论（TechonlogyReview）评选“改变未来世界十大技术”时，将THz技术作为其中的紧迫技术之一。2005年日本政府公布了国家10大支柱技术发展战略规划，THz位列首位。 一、THz波的特性 THz波的频率范围处于电子学与光子学的交叉区域.在长波方向，它与毫米波有重叠；在短波方向，它与红外线有重叠；在频域上，THz处于宏观经典理论向微观量子理论的过渡区。由于其所处的特殊位置，THz波表现出一系列不同于其他电磁辐射的特殊性质： 1、THz脉冲的典型脉宽在亚皮秒量级，不但可以方便地对各种材料进行亚皮秒、飞秒时间分辨的瞬态光谱研究，而且通过取样测量技术 能够有效地抑制背景辐射噪音的干扰，得到具有很高信噪比（大于）THz电磁波时域谱，并且具有对黑体辐射或者热背景不敏感的优点； 2、THz脉冲通常只包含若干个周期的电磁振荡，单个脉冲的频带可以覆盖从CHz至几十THz的范围，便于在大范围里分析物质的光谱性质； 3、THz波的相干性源于其产生机制，它是由相干电流驱动的偶极子振荡产生，或是由相干的激光脉冲通过非线性光学差频效应产生。THz波的时域光谱技术（THz-TDS）直接测量THz波的时域电场，通过傅立叶变换给出THz波的振幅和相位。因此，无需使用Kramers-Kronig 色散关系，就可以提供介电常数的实部和虚部。这使测得的与THz波相互作用的介质折射率和吸收系数变得更精确； 4、THz波的光子能量较低，1THz频率处的光子能量大约只有4mV https://www.wendangku.net/doc/4e16036193.html, 光子能量，比X射线的光子能量弱107--108倍。因此，THz波不会对生物组织产生导致电离和破坏的有害光，特别适合于对生物组织进行活体检查； 5、THz光子能量约为可见光，用THz做信息载体比用可见光和近中红外光能量效率高得多；

太赫兹测试测量技术及测试仪器

太赫兹测试技术 姜万顺，邓建钦 （电子测试技术重点实验室山东青岛 266555） 摘要：本文主要介绍基于毫米波向上扩展方式的THz测试技术，主要包括THz信号发生、THz信号功率和频谱检测及矢量网络分析等相关仪器的实现方案和目前国内外达到的主要技术指标。 关键词：太赫兹（THz）测试与测量仪器 一、引言 THz(TeraHertz)频段是指频率从十分之几到十几个THz，介于毫米波与红外光之间相当宽范围的电磁辐射区域，又称T射线(Terahertz-Ray)，是电子学与光学的交界处，无线电物理领域称其为亚毫米波(SMMW，Sub-Millimeter Wave)，而光学领域则习惯称之为远红外辐射(FIR，Far-Infra-Red)，长期以来，由于缺乏有效的THz辐射产生和检测方法，人们对于该波段电磁辐射性质的了解非常有限，以致于该波段被称为电磁波谱中的THz空隙。该波段也是电磁波谱中有待进行全面研究的最后一个频率窗口。THz电磁波及其应用技术已经成为科学界的“热点”领域。它在物体成像、环境监测、医疗诊断、射电天文等方面具有重大的科学价值和广阔的应用前景。 测试与测量技术是科学研究的基础，THz测试与测量仪器设备因技术难度大，发展相对缓慢，造成了THz技术研究相对滞后。在THz测试技术中首先要解决的是 THz电磁信号的发生技术、THz电磁信号的频率和功率检测技术，并以此为基础的大动态网络参数测试技术，这也是THz技术研究领域的最前沿问题。 THz信号的发生和接收有两种发展方向，一种是从红外往下扩展，一种是从毫米波向上扩展，一般红外向下扩展方式产生的THz信号具有输出功率高、频率高的特点，但是分辨率较低；毫米波向上扩展方式产生的THz信号输出功率小，频率上限也稍低，但是分辨率高，本文主要讨论的是基于毫米波向上扩展方式的THz测试技术，因此内容主要涉及到THz的频率低端。 二、THz电磁波信号的产生技术 图1：中国电科41所THz倍频源 测试仪器的THz电磁波信号产生，一般分为基于光子学的THz信号发生方法和电子学的THz信号发生方法。基于光子学的方法有：自由电子激光器、电光晶体THz脉冲源、瞬时光电导产生THz电磁脉冲等。基于光子学的THz信号发生器，具有频带宽（从0.1THz至30THz），输出功率较大（连续波输出功率可达到百毫瓦量级）的特性，但频率分辨率相对较低（GHz 到MHz量级）； 基于电子学的THz信号发生器主要包括返波管直接基波振荡器和基于微波信号发生的

【2019年整理】太赫兹技术发展展望

太赫兹技术发展展望 1 太赫兹波简介 1.1 太赫兹波发现 按传统的分类形式，电磁波分成无线电波、红外线、可见光、紫外线、α射线、γ射线等。随着对电磁波的深入研究，人们发现在电磁波谱中还有一个很特 殊的位置，如图 1.1所示。 这就是太赫兹波即THz波（太赫兹波）或称为THz射线（太赫兹射线），是从上个世纪80年代中后期，才被正式命名的，在此以前科学家们将统称为远 红外射线。太赫兹波是指频率在0.1THz到10THz范围的电磁波，波长大概在0.03到3mm范围，介于微波与红外之间。实际上，早在一百年前，就有科学工作者 涉及过这一波段。在1896年和1897年，Rubens和Nichols就涉及到这一波段，红外光谱到达9um（0.009mm）和20um（0.02mm），之后又有到达50um的记载。之后的近百年时间，远红外技术取得了许多成果，并且已经产业化。但是涉及太赫兹波段的研究结果和数据非常少，主要是受到有效太赫兹产生源和灵敏探测器 的限制，因此这一波段也被称为THz间隙。随着80年代一系列新技术、新材料的发展，特别是超快技术的发展，使得获得宽带稳定的脉冲THz源成为一种准常规技术，THz技术得以迅速发展，并在实际范围内掀起一股THz研究热潮。 1.2 太赫兹波的特点 目前，国际上对太赫兹辐射已达成如下共识，即太赫兹是一种新的、有很多

独特优点的辐射源；太赫兹技术是一个非常重要的交叉前沿领域，给技术创新、国民经济发展和国家安全提供了一个非常诱人的机遇。 （1）量子能量和黑体温度很低： Wave number Wavelength Frequency Energy Blackbody Temp. 1cm-110mm30GHz120μeV 1.5K 10cm-11mm300GHz 1.2meV15K 33cm-1300μm1THz 4.1meV48K 100cm-1100μm3THz12meV140K 200cm-150μm6THz25meV290K 670cm-115μm20THz83meV960K （2）许多生物大分子，如有机分子的振动和旋转频率都在THz波段，所以在THz波段表现出很强的吸收和谐振。 （3）THz辐射能以很小的衰减穿透物质如陶瓷、脂肪、碳板、布料、塑料等，因此可用其探测低浓度极化气体，适用于控制污染。THz辐射可无损穿透墙壁、布料，使得其能在某些特殊领域发挥作用。 （4）THz的时域频谱信噪比很高，这使得THz非常适用于成像应用 （5）带宽很宽（0.1—10T）Hz。 （6）很短的THz脉冲却有着非常宽的带宽和不同寻常的特点。 在我国未来的太空研究和探月计划中, THz波也可以提供包括星球表面特性和极区辐射特性的诸多重要信息。综上所述, THz科学不仅是科学技术发展中的重要基础问题,又是国家新一代信息产业、国家安全以及基础科学发展的重 大需求,对国民经济以及国防建设具有重大的意义。与此相适应,世界各国都对THz波的研究给予极大的关注,并部署了多个重大的国家级以及国际合作研究 计划,取得了一些突破性的成果,有些已具有实用价值。另一方面,国内在THz 研究的理论和实验方面也取得了一些重要成果,在国际上产生了一定的影响,为我国THz技术的研究和发展打下了扎实的基础。

太赫兹波的特点

太赫兹波的特点 ?（1）高透射性：太赫兹对许多介电材料和非极性物质具有良好的穿透性，可对不透明物体进行透视成像，是X 射线成像和超声波成像技术的有效互补，可用于安检或质检过程中的无损检测。 （2）低能量性：太赫兹光子能量为4.1meV（毫电子伏特），只是X 射线光子能量的108 分之一。太赫兹辐射不会导致光致电离而破坏被检物质，非常适用于针对人体或其他生物样品的活体检查。进而能方便地提取样品的折射率和吸收系数等信息。 （3）吸水性：水对太赫兹辐射有极强的吸收性，因为肿瘤组织中水分含量与正常组织明显不同，所以可通过分析组织中的水分含量来确定肿瘤的位置。 （4）瞬态性：太赫兹脉冲的典型脉宽在皮秒数量级，可以方便地对各种材料包括液体、气体、半导体、高温超导体、铁磁体等进行时间分辨光谱的研究，而且通过取样测量技术，能够有效地抑制背景辐射噪声的干扰。 （5）相干性：太赫兹的相干性源于其相干产生机制。太赫兹相干测量技术能够直接测量电场的振幅和相位，从而方便地提取样品的折射率、吸收系数、消光系数、介电常数等光学参数。 （6）指纹光谱：太赫兹波段包含了丰富的物理和化学信息。大多数极性分子和生物大分子的振动和转能级跃迁都处在太赫兹波段，所以根据这些指纹谱，太赫兹光谱成像技术能够分辨物体的形貌，分析物体的物理化学性质，为缉毒、反恐、排爆等提供相关的理论依据和探测技术。 太赫兹波的产生 ?（1）通过FTIR（Fourier Transform Infrared Spectrometer）使用热辐射源产生，如汞灯和SiC棒； （2）是通过非线性光混频产生； （3）是通过电子振荡辐射产生，如反波管、耿式振荡器及肖特基二极管产生； （4）是通过气体激光器、半导体激光器、自由电子激光器等THz激光器直接产生。目前产生THz脉冲常用的方法有光导天线法、光整流法、THz参量振荡器法、空气等离子体法等，其中空气等离子体能产生相对较高强度的THz波而备受关注，此外，还可以用半导体表面产生THz波。 太赫兹波的研究现状 ?太赫兹波现象其实早已为人们所发现，然而早期因缺乏有效的太赫兹波产生和探测技术，使得相关研究进展极其缓慢[2]。进入20世纪80年代后，激光技术的迅速发展为研究有效太赫兹波的产生和探测技术孕育了基础。据文献报道，1983年 D.H.Anston[3]首次利用光学技术，通过超短激光脉冲激发光电导天线产生了相干脉 冲宽带THz辐射。鉴于D.H.Auston做出的巨大贡献，光导天线后来常被称为“Auston switeh”。紧接着，D.Grischkowsky和D.H.Auston等又开发出了基于超短激光脉冲激发光电导天线的THz时域光谱探测技术。这种基于基于超短激光脉冲激发光电导天线的太赫兹波产生和探测技术至今仍然是实验设备应用的主流。1990-1992年，X.C.zhang和D.H.Auston[4]等又提出了原理上完全不同的太赫兹波产生与探测方法一基于瞬态电光取样及其逆过程的THz产生与探测技术。 至此，太赫兹波的产生与探测技术虽然还不成熟，但已经能够用于相关仪器的制造与生产，为科研人员研究太赫兹波与物质相互作用提供了必备的实验手段。太赫兹科学和技术有极大的应用潜力，但目前还受太赫兹辐射源的限制，比如：产生的太赫兹辐射强度不高、带宽不够宽、能量转化效率低等因素，所以太赫兹领域的发展还需更大的努力。

太赫兹技术及其应用详解

太赫兹技术及其应用详解 太赫兹研究主要集中在0.1-10 THz 频段。这是一个覆盖很广泛并且很特殊的一个频谱区域。起初，这一频段被称为THz Gap （太赫兹鸿沟），原因是这一频段夹在两个发展相对成熟的频，即电子学频谱和光学频谱之间。其低频段与电子学领域的毫米波频段有重叠，高频段与光学领域的远红外频段（波长0.03-1.0 mm）有重叠。由于这一领域的特殊性，形成了早期研究的空白区。但随着研究的开展，太赫兹频谱与技术对物理、化学、生物、电子、射电天文等领域的重要性逐渐显现，其应用也开始渗透到社会经济以及国家安全的很多方面，如生物成像、THz 波谱快速检测、高速通信、穿墙雷达等。太赫兹之所以具有良好的应用前景，主要得益于其光谱分辨力、安全性、透视性、瞬态性和宽带等特性。例如：自然界中许多生物大分子的振动和旋转频率都处在太赫兹频段，这对检测生物信息提供了一种有效的手段; 太赫兹频段光子能量较低，不会对探测体造成损坏，可以实现无损检测; 太赫兹波对介质材料有着良好的穿透能力，从而可作为探测隐蔽物体的手段; 太赫兹脉冲的典型脉宽在皮秒量级，可以得到高信噪比的太赫兹时域谱，易于对各种材料进行光谱分析; 此外，太赫兹频段的带宽很宽，从0.1-10 THz可为超高速通信提供丰富的频谱资源。 相对于毫米波技术，太赫兹技术的研究还处在探索阶段。太赫兹技术主要包括太赫兹波源、太赫兹传输和太赫兹检测等，其关键部件可以分为无源元件和有源器件。无源元件包括太赫兹传输线、滤波器、耦合器、天线等，而有源器件包括太赫兹混频器、倍频器、检波器、放大器、振荡器等。 1、太赫兹源伴随着太赫兹波生成技术的发展，太赫兹源的研究已有很多有价值的新进展。研发低成本、高功率、室温稳定的太赫兹源是发展太赫兹技术的基础。太赫兹源的分类多种多样，按照产生机理，可以分为基于光学效应和基于电子学的太赫兹源。按照源类型可以分成3 类：非相干热辐射源、宽带太赫兹辐射源以及窄带太赫兹连续波源。

太赫兹应用及其产生方法

太赫兹及其产生方法 摘要：太赫兹技术是20世纪80年代末产生的一种高新技术，近年来颇受关注。它在基础研究、生物科学等众多领域都有非常重要的应用前景。THz波具有很多的优越性，具有重要的研究价值。本文简要的介绍了THz波及其在公共安全、环境探测、生物医学、天文观测、军事及通信方面的应用，然后深入的阐述了THz波的产生方法。 关键词：THz波的应用THz波产生方法 1.引言 随着现代科学技术的发展、国际竞争的加剧以及社会信息化进程不断加快，各种各样的新技术、新思想大量涌现出来。从云计算到物联网，从激光到太赫兹技术的出现都给了我们很大的机遇，同时也存在一定的挑战。为在国际竞争中立于不败之地，我们国家在“十二五”战略新兴产业发展重点中提出了应大力发展信息产业、生物产业、航空航天产业、新能源产业、新材料产业、节能环保产业、新能源汽车产等新型产业，另外国家还确定了五项科技领域，而太赫兹技术在这些领域的探索及应用中起着举足轻重的作用。 2.太赫兹简介及其应用 2.1太赫兹简介 太赫兹通常是指频率在0.1~10THz的电磁波，是上个世纪八十年代中后期才被正式命名的，在此之前科学家们称其为远红外射线。实际上早在一百年前，就有科学工作者涉及过这一波段。随着80年代一系列新技术、新材料的发展，特别是超快技术的发展，使得获得宽带稳定的脉冲THz源成为一种准常规技术，THz技术得以迅速发展，并在实际范围内掀起一股THz研究热潮。2004年，美国政府将THz科技评为“改变未来世界的十大技术”之一，而日本于2005年1月8日更是将THz技术列为“国家支柱十大重点战略目标”之首，举全国之力进行研发。我国政府在2005年11月专门召开了“香山科技会议”，邀请国内多位在THz研究领域有影响的院士专门讨论我国THz事业的发展方向，并制定了我国THz技术的发展规划。另外，美国、欧洲、亚洲、澳大利亚等许多国家和地区政府、机构、企业、大学和研究机构纷纷投入到THz的研发热潮之中。 2.2 THz的应用 由于太赫兹的频率很高，所以其空间分辨率也很，又由于它的脉冲很短，所以具有很高的时间分辨率。由此，太赫兹成像技术和太赫兹波谱技术构成了太赫兹应用的两个主要关键技术。太赫兹的独特性能给公共安全、环境探测、生物医学、天文观测、军事及通信等领域带来了深远的影响。

第一届全国太赫兹科学技术学术年会会议手册

第一届全国太赫兹科学技术学术年会 会议手册 2015.3.25-27四川成都 主办单位：太赫兹科学协同创新中心，中国电子学会太赫兹分会 承办单位：自然科学基金-中科院太赫兹科学技术前沿发展战略研究基地，863-12专家组，中国电子科技集团公司第十三研究所专用集成电路 国家级重点实验室，电子科技大学物理电子学院 金牌赞助商：成都至上兴邦科技有限公司

第一届全国太赫兹科学技术学术年会 会议组织机构 大会主席：刘盛纲院士 大会委员会： 高级顾问：陈佳洱院士、周炳琨院士 主席团：刘盛纲院士、吴培亨院士、姚建铨院士、庄松林院士、范滇元院士、杨国桢院士、褚君浩院士、龚知本院士、樊明武院士、刘永坦院士、雷啸霖院士、吴一戎院士、李树深院士、金亚秋院士、许宁生院士、牛憨笨院士、彭堃墀院士、王育竹院士、朱中梁院士、涂铭旌院士、林祥棣院士、姜文汉院士、郭光灿院士、李言荣院士、龚克教授、谢维信教授 委员：陈健、罗先刚、刘濮鲲、蒋亚东、曹俊诚、张存林、崔铁军、冯志红、汪力、张伟力、唐传祥、金飚兵、王华兵、常胜江、盛政明、施卫、秦华、刘峰奇、刘伟伟、朱亦鸣、王金淑、姜万顺、杨梓强、鄢扬 会议执行主席：喻胜 会议秘书长：张雅鑫 副秘书长：钟任斌

第一届全国太赫兹科学技术学术年会 会议安排 会议时间：2015年3月25日-27日 时间安排： ●3月25日报道 ●3月26-27日会议 会议地点：电子科技大学沙河校区一教 会议报告形式： ●4份大会特邀报告（报告时间35分钟，提问时间5分钟） ●23份主题报告（报告时间20分钟，提问时间5分钟） ●20份口头报告（报告时间12分钟，提问时间3分钟） ●63份张贴报告 参展公司： 金牌赞助：成都至上兴邦科技有限公司 会议赞助：上海铭剑科技有限公司 （按笔画排名）中国电子科技集团公司第四十一研究所 北京先锋科技有限公司 成都美克锐科技有限公司

第十五章 太赫兹在无损检测及航天器检测中的应用

第十五章太赫兹在无损检测及航天器检测中的应用 15.1 应用时域太赫兹探测航天飞机隔离层中的缺陷 太赫兹脉冲成像技术被应用于航天飞机隔离层泡沫材料中缺陷的探测。通过逐点扫描的方法得到各个点的时域波形。然后分析波形的变化来判断缺陷的大小，形状，位置和种类。太赫兹脉冲成像技术有微波成像系统的优点： （1）对非金属的穿透能力强，其衰减系数比超声波小2-3个数量级； （2）有极宽的频谱可供使用，可根据被测对象的特点选择不同的测试频率； （3）除能检测体积型缺陷外，还能检测x射线难以检测的平面型缺陷，如裂纹、分层、脱粘等； （4）非接触式检测，无需使用祸合剂，避免了祸合剂对特殊构件的污染和相互作用； （5）检测效率高，易于实现实时监控； （6）测量本身就是电信号，无需进行非电量的转换，从而简化了传感器与处理器的接口； （7）在烟雾、粉尘、水汽、化学气氛以及高低温环境中对检测信号的传播影响极小。 2003年2月1日，刚刚完成16天航行的哥伦比亚号航天飞机即将返回地球，还有16分钟着陆的时候，在距离得克萨斯上空62公里的高空发生爆炸。机上7名宇航员全部遇难。5个月之后，虽然尚未对事故原因做出明确的定论，但是事故调查委员会相信哥伦比亚号的悲剧应该归因于外置燃料箱的泡沫隔离层的脱粘所致，如图 15-1所示。

图15-1 哥伦比亚号航天飞机失事原因 如上图所示，（a）为哥伦比亚号航天飞机，图中白色箭头所指之处就是泡沫脱粘的地方，（b）外置燃料箱的泡沫隔离层内部结构的示意图，（c）航天飞机机翼被泡沫所砸出的洞。在初步报告中，调查委员会认为：根据地面上的长焦距摄像显示，在航天飞机升空的过程当中有一块泡沫材料脱落并与机身发生了撞击。导致这种悲剧的原因可能是由于泡沫中存有缺陷，一块手提箱大小的泡沫绝缘材料在起飞过程中发生脱离，然后击中航天飞机的左翼并在隔热板上砸出一个洞来。当航天飞机重返大气层的时候，隔热板上的这个洞使3000摄氏度的高温气体进入了左翼，融化了它的金属支架，最终导致机毁人亡。在一次模拟试验中，美国宇航局的研究人员将泡沫隔离块射向航天飞机机翼, 泡沫隔离块在飞机机翼的隔热板上撞出一个16英寸大小的洞。这一实验有力地支持了上述假设。据称，这已经不是第一次发生泡沫隔离材料撞击航天飞机的事情了，类似的情况在以前的发射中至少发生过7次。因此，泡沫材料中缺陷的检查成为确保之后航天飞机安全发射的关键所在。 太赫兹波成像被美国宇航局选为未来探测发射中缺陷的四种技术之一。这四种技术包括：太赫兹成像，X光成像，超声波成像和激光剪切力成像。已经证明：泡沫塑料材料在太赫兹波段具有非常低的吸收率和折射率。因此，太赫兹波可以穿过几英寸厚的泡沫材料，并探测到深埋其中的缺陷。图 15-2和图 15-3分别给出了航天飞机使用的泡沫绝缘材料SOFI（Sprayed-On Foam Insulation）在太赫兹频段的吸收率和折射率曲线，以及对它进行检测的太赫兹成像装置。传统成像技术只能提供每个像素的强度信息，而太赫兹时域成像记录了每个像素点上太赫兹脉冲的整个

浅谈太赫兹科学与技术

浅谈太赫兹科学与技术 人类对太赫兹(THz)辐射的认识可以追溯到20世纪初天体物理学家开始进行红外天文学的研究,远处天体上的简单分子如一氧化碳等的振动和转动特征光谱会在太赫兹波段上留下印迹。时至今日, 红外天文学仍是天体物理研究的一个热点领域。但是直到过去的二十年时间里, 伴随着更大功率的太赫兹辐射源和更加灵敏的探测装置的发展, 太赫兹研究才得以快速的发展。 太赫兹辐射可定义为0.1~10太赫波段的电磁波振荡。太赫兹波段在电磁波谱上处在红外辐射和微波之间, 比太赫兹频率更高的红外波段以及更低的微波波段分别属于已经发展得非常成熟的光学和电子学的研究范畴。相比较而言, 材料在太赫兹波段的性质则尚未被深入研究人们对太赫兹波段的认识首先得益于过去二十年中超快光电子学的发展。从1980年代利用飞秒激光脉冲在半导体表面实现太赫兹脉冲的发射和探测开始, 物理学家在发展和使用太赫兹技术方面已经取得了很多研究成果。例如, 发明太赫兹量子级联激光器, 利用太赫兹技术检测飞摩尔含量的无标记DNA单碱基对的差异, 研究多粒子电荷体系与太赫兹光谱相互作用, 利用太赫兹技术对航天飞机隔热材料的无损探伤和近场的太赫兹显微技术等。太赫兹技术正从实验室走向实际应用 太赫兹辐射光源及探测技术 制约太赫兹科学发展的主要因素是缺乏高功率并可在室温下稳定工作的太赫兹辐射源。当今高速电子学和激光科学的发展提供了一系列已有的和有潜力的太赫兹光源。这些太赫兹光源可以被分为非相于的热辐射源、宽波段太赫兹脉冲和窄波段的连续波太赫兹辐射。 热辐射太赫兹源 自然界中存在着丰富的太赫兹辐射, 比如宇宙大爆炸背景辐射的一半能量集中在太赫兹波段, 室温物体热辐射的峰值频率则处于6太赫左右。实际应用中使用的非相干的太赫兹热辐射源利用太赫兹波段的黑体辐射作为太赫兹光源。这一光源通常与红外傅里叶变换光谱仪(FTIR)配合使用,FTIR是化学研究中最常见的用来研究分子共振的手段之一, 其优越性是具有很宽的光谱波段, 可以用来研究材料从太赫兹到近红外波段的光谱性质在FTIR的实验中, 宽波段的辐射源通常由电弧灯或加热的SIC棒担任, 样品被置于一个光学干涉仪系统中, 通过改变干涉仪的一个臂的行程, 并利用一个直接的强度测量装置, 如液氦冷却的热辐射测量仪(bololleter)来测量于涉信号。FTIR系统的缺点是其有限的光谱分辨率和在低频(小于3太赫)较低的灵敏度。