一、太赫茲成像技術概念及原理解析

太赫茲技術簡介

太赫茲（Terahertz，1THz=1012Hz）泛指頻率在0.1～10THz波段內的電磁波，位于紅外和微波之間，處于宏觀電子學向微觀光子學的過渡階段。太赫茲輻射是0.1~10THz的電磁輻射，從頻率上看，在無線電波和光波，毫米波和紅外線之間；從能量上看，在電子和光子之間·在電磁頻譜上，太赫茲波段兩側的紅外和微波技術已經非常成熟，但是太赫茲技術基本上還是一個空白，其原因是在此頻段上，既不完全適合用光學理論來處理，也不完全適合微波的理論來研究。

太赫茲系統在半導體材料、高溫超導材料的性質研究、斷層成像技術、無標記的基因檢查、細胞水平的成像、化學和生物的檢查，以及寬帶通信、微波定向等許多領域有廣泛的應用。研究該頻段的輻射源不僅將推動理論研究工作的重大發展，而且對固態電子學和電路技術也將提出重大挑戰。

遠距離穿墻術，鑄就反恐作戰新利器。

如果問一下駐伊美軍最怕的是什么，那答案肯定是路邊炸彈，防不勝防的路邊炸彈，成了駐伊美軍不寒而栗的“頭號殺手”，以至于讓美國海軍陸戰隊司令邁克爾·哈吉認為：“這種相對低級的武器將成為未來戰爭的一個標志。”在美軍撤離伊拉克之前路邊炸彈造成的傷亡一度不絕于耳。與此同時，不斷發生的細菌郵件、包裹炸彈和自殺式襲擊也令人神經緊繃。似乎在傳統威脅面前，高新技術也無能為力，事實真是如此嗎？太赫茲的穿墻透視能力或許能夠扭轉這種被動局面。

太赫茲的頻率很高、波長很短，具有很高的時域頻譜信噪比，且在濃煙、沙塵環境中傳輸損耗很少，可以穿透墻體對房屋內部進行掃描，是復雜戰場環境下尋敵成像的理想技術。未來城市及反恐作戰中，借助太赫茲特有的“穿墻術”，可以對“墻后”物體進行三維立體成像，探測隱蔽的武器、偽裝埋伏的武裝人員和顯示沙塵或煙霧中的坦克、火炮等裝備，進而撥開戰場迷霧。

另外，太赫茲成像技術在塑料兇器、陶瓷手槍、塑膠炸彈、流體炸藥和人體炸彈的檢測和識別上，更是“明察秋毫”，利用強太赫茲輻射照射路面，還可以遠距離探測地下的雷場分布。如此，士兵們不需要再靠近可疑地段或人員便可以對其進行檢查。與耗資較高、作用距離較短、無法識別具體爆炸物的X射線掃描儀相比，太赫茲成像具有獨特優勢，目前已經初步應用于檢查郵件、識別炸藥及無損探傷等安全領域。

二、太赫茲波特征及應用

1、太赫茲波特征

太赫茲技術之所以成為科學前沿關注的對象，是因為太赫茲處于電磁波段中的特殊位置，與其它波段的電磁波相比具有許多獨特的性能。

1.1、與短波長的電磁波相比：

（1）THz波的典型脈寬在亞皮秒量級，可以進行亞皮秒、飛秒時間分辨的瞬態光譜研究，通過取樣測量技術，能夠防止背景輻射噪音的干擾。目前太赫茲輻射強度能夠得到的探測效果，遠遠優于傅立葉變換紅外光譜的探測技術，并且太赫茲技術穩定性也很高。

（2）太赫茲波源通常包含若干個周期的電磁振蕩，頻帶覆蓋范圍很寬。單個脈沖的頻帶可以達到GHz到幾十THz的范圍，可以在大范圍內分析研究物質的光譜特性。

（3）太赫茲輻射的產生機制決定了THz波具有很高的時間和空間相干性。而運用太赫茲時域光譜技術可以直接測量出太赫茲電場的振幅和相位，更為方便地提取測量樣品的相關物理信息。

（4）太赫茲波段中正好對應許多特定材料的能隙，他們的太赫茲光譜會存在明顯的特征吸收。比如許多有機大分子、違禁易爆品等對THz波呈現出強烈的吸收和色散特性；利用THz波特有的光譜特征可做指紋識別。所以生物探測、危險爆炸物品檢測將成為太赫茲技術重要發展前景之一。

（5）THz波的光子能量很低，約為x射線光子能量的1/10，更是遠遠低于各種化學健的鍵能，因此它對活體生物組織不會造成電離損傷。可以應用THz技術研究酶的特性、進行DNA鑒別等。另外由于水分子、氨分子等大多數極性分子對太赫茲波有非常強烈的吸收，所以太赫茲波不能穿透人體的皮膚，因此即使很強烈的太赫茲輻射，它對人體的影響也僅僅停留在皮膚表層，而不像微波那樣直接穿透到人體的內部。這一點可以應用在對旅客身體以及生物樣品的探測檢查，可做為X射線成像檢測手段的有益補充。

（6）THz輻射對于很多非極性物質，如電介質材料及塑料、陶瓷、紙箱、布料、硅片、干木材等材料有很強的穿透能力，可用來對已經包裝的物品進行質檢或者用于今后的安全檢查。THz波的這些特殊性使發展THz技術具有了重要的意義。

1.2、與長波長的電磁波相比：

（1）與微波相比，THz波的頻率則更高，相同條件下通信傳輸的容量可以更大，因此在作為通信載體時，單位時間內THz波可以承載更多的信息量，同時由于太赫茲波的波長更短，實施同樣的傳輸功能的情況下，可以把天線的尺寸做得更小，那么相應的系統結構及設備也可以做得更簡單、更經濟，從而節省成本。

（2）由于THz波波長更短、波束更窄，它的方向性要遠遠好于微波，成像應用中則具有更高的空間分辨率，或者在保持同等空間分辨率時能夠具有更長的景深。這一點可以用來探測更小的目標，在天文及軍事領域可用于更精確地定位。

（3）與微波相比，THz波具有更好的保密性和抗干擾能力。綜上這些優勢，THz在中短距離、高容量、無線通信技術中具有很強應用潛力。

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