比激光和紅外遙感更有價(jià)值 探秘太赫茲檢測技術(shù)

    太赫茲技術(shù)在2004年首次被美國提出，并且被列為“改變未來(lái)世界的十大技術(shù)”之一，一時(shí)間，全球學(xué)術(shù)界的專(zhuān)家將目光投向了這一名不見(jiàn)經(jīng)傳的技術(shù)�，F在，十年過(guò)去了，業(yè)界對太赫茲的認知逐漸加深，不少專(zhuān)家更加確信太赫茲將顛覆未來(lái)絕大多數行業(yè)，甚至還有人認為太赫茲將是6G或者7G通信的基礎...

　　然而，無(wú)論是對學(xué)術(shù)界還是產(chǎn)業(yè)界而言，太赫茲依然還是電磁波譜里面最神秘的存在。那么太赫茲到底有何魅力能讓其吸引全球技術(shù)專(zhuān)家的關(guān)注？又是什么阻礙研究人員進(jìn)一步對太赫茲進(jìn)行探索？帶著(zhù)這些問(wèn)題，有關(guān)方面在日前舉行的激光研討會(huì )上采訪(fǎng)了中科院院士姚建銓。

　　太赫茲能顛覆哪些行業(yè)？

　　在電磁波頻譜上，太赫茲波的波長(cháng)在3μm到1000μm之間，頻率為0.1-10THz（類(lèi)似硬盤(pán)容量單位1TB、2TB..），是介于微波與紅外線(xiàn)之間的電磁波。

　　姚建銓表示，太赫茲和電磁波頻譜中其它波段不一樣，它幾乎兼具通信、雷達和遙感測距等所有功能，而且每項應用的表現都比現有技術(shù)占優(yōu)。

　　通信

　　從上圖中可以看出，太赫茲波介于無(wú)線(xiàn)電波和光學(xué)波之間，這在一定程度上賦予了它和其余電磁波不同的特性——兼具微波通信以及光波通信的優(yōu)點(diǎn)，即傳輸速率高、容量大、方向性強、安全性高及穿透性強等。

　　理論來(lái)講，在通信領(lǐng)域里，頻率越高通信容量就越大。太赫茲波的頻率比目前使用的微波要高1～4個(gè)數量級，它能提供10Gbit/s以上的無(wú)線(xiàn)傳輸速率，這是微波無(wú)法達到的高度。因此，它能解決信息傳輸受制于帶寬的問(wèn)題，也能滿(mǎn)足用戶(hù)對帶寬的需求。

　　雷達

　　因為太赫茲的波長(cháng)很短，大約在30um—3mm的范圍內，遠小于微波與毫米波的波長(cháng)，能達到更高的精度，而且穿透力遠遠強于激光雷達。

　　另外，雷達是靠接收物體的反射信號來(lái)進(jìn)行探測的，所以一旦物體表面對雷達波進(jìn)行吸收或者散射，雷達就探測不到該物體。不過(guò)，上文已經(jīng)提到太赫茲擁有非常寬的帶寬，所以它能更有效地監測到更多的物體，未來(lái)或許可以用于無(wú)人駕駛汽車(chē)等領(lǐng)域。

　　總的來(lái)說(shuō)，太赫茲雷達具有高分辨率、強穿透力和強抗干擾能力等特點(diǎn)。

　　安檢成像

　　目前，在火車(chē)站、機場(chǎng)等公共場(chǎng)所進(jìn)行安檢通常要進(jìn)行兩步，先通過(guò)金屬安檢門(mén)（大多還是基于X射線(xiàn)），隨后全身被工作人員用手持式金屬探測器掃了個(gè)遍。這種方案有兩大缺點(diǎn)，搜身讓用戶(hù)很尷尬，另外X射線(xiàn)的輻射會(huì )對人體造成影響。

　　“太赫茲釋放的能量很小，不會(huì )在人體產(chǎn)生有害的光致電離，所以，相比X射線(xiàn)，太赫茲是一種更安全的安檢技術(shù)�！�

　　姚建銓如是說(shuō)。

　　除此之外，因為太赫茲的穿透能力很強，它不僅能探測到金屬，人體攜帶的非金屬、膠體、粉末、陶瓷、液體等危險物品都能被系統識別，安檢的效率也大大提升了。目前太赫茲人體安檢儀器已經(jīng)在國內外投入使用了。

　　生物醫療診斷

　　姚建銓表示，太赫茲的頻段能夠直接探測到生物分子的信息，這是其他電磁波段無(wú)法無(wú)法比擬的。

　　太赫茲波很容易被水分子或氧氣分子等極性物質(zhì)吸收（這也是太赫茲的一大缺點(diǎn)），由于不同的分子具有不同的吸收頻譜線(xiàn)，我們可以利用這些譜線(xiàn)以及太赫茲波成像技術(shù)來(lái)診斷一些重大疾病。不久前，中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院太赫茲技術(shù)研究中心就表示太赫茲波能直接“看到”DNA、蛋白質(zhì)等生物大分子，這就意味著(zhù)，我們完全可以太赫茲技術(shù)來(lái)診斷癌細胞。

　　研究太赫茲難在哪？

　　不過(guò)遺憾的是，國內外對太赫茲研究的十幾年里并沒(méi)有取得大的突破，太赫茲才剛剛從實(shí)驗室走向產(chǎn)品化的階段，到目前我們幾乎只能在部分安檢設備上看到太赫茲的影子，大規模商用似乎遙不可及。毫不夸張的說(shuō)，人類(lèi)對太赫茲的認知甚至還不如人工智能。

　　姚建銓表示，技術(shù)不成熟是太赫茲無(wú)法大面積使用的根本原因，在這一頻段上，既不完全適合用光學(xué)理論來(lái)處理，也不完全適合微波的理論來(lái)研究；第二點(diǎn)就是，太赫茲測試與測量?jì)x器設備也因為技術(shù)門(mén)檻過(guò)高而導致發(fā)展停滯不前。

　　“制造一個(gè)相關(guān)設備需要巨大的資金，而且僅憑現有的技術(shù)，產(chǎn)品的效率和體積都無(wú)法滿(mǎn)足大量場(chǎng)景的需求�！彼�補充道。因為，頻率越高，波長(cháng)越短，對器件的工藝要求也就越高，至少?lài)鴥痊F在還無(wú)法造出高質(zhì)量的產(chǎn)品。

　　以目前的研究水平，微波和激光的成本和效率都比要優(yōu)于太赫茲雷達，但在未來(lái)的十年或二十年里，太赫茲終將會(huì )成為最核心的技術(shù)。

（來(lái)源：雷鋒網(wǎng)）