太赫茲（THz）波是指頻率在（0.1－1 0）THz（波長(zhǎng)為3000-30微米）范圍內(nèi)的電磁波，1THz=1012Hz。它在長(zhǎng)波段與毫米波（亞毫米波）相重合，而在短波段，與紅外線相重合下，太赫茲波在電磁波頻譜中占有很特殊的位置。THz所處的特殊電磁波譜的位置，它有很多優(yōu)越的特性，有非常重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值（有的已處于實(shí)用），使得全世界各國(guó)都給予極大的關(guān)注。
Thz技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域
THz成像和THz波譜學(xué)在物理學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、天文學(xué)、材料科學(xué)和環(huán)境科學(xué)等方面有著極其重要的應(yīng)用。
1、THz在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用具有很大的吸引力
在皮膚癌的診斷和治療，DNA的探測(cè)，THz的醫(yī)學(xué)應(yīng)用，THz斷層成像，THz生物化學(xué)應(yīng)用，藥物的分析和檢測(cè)等方面都顯示了其強(qiáng)大的功能和成效。基于對(duì)蛋白質(zhì)及基因特性等的研究，可建立起THz生物分子診斷技術(shù)。從而極大推動(dòng)分子生物學(xué)的發(fā)展，并在醫(yī)療及藥品的研制鑒定方面有很大的應(yīng)用前景。
2、由于生物大分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)頻率均在THz波段，而THz輻射技術(shù)又可提取DNA的重要信息，因此，THz在植物，特別是糧食選種，優(yōu)良菌種的選擇等方面可以起重要的作用?？傊掌澘茖W(xué)技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)、食品加工等行業(yè)有重要意義。在中國(guó)，電子科技大學(xué)、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)、四川省農(nóng)科院、歐華生物科技和電子科大科創(chuàng)有限公司聯(lián)合申報(bào)了利用太赫茲技術(shù)引進(jìn)富含果寡糖植物的項(xiàng)目。項(xiàng)目重點(diǎn)在于測(cè)定果寡糖的太赫茲特征光譜，引種、選育及產(chǎn)業(yè)化富含果寡糖的雪蓮果。日前，該項(xiàng)目已經(jīng)順利通過(guò)了成都市科技局的審批。這標(biāo)志著太赫茲技術(shù)在四川省的應(yīng)用有了實(shí)質(zhì)性的推進(jìn)，對(duì)太赫茲產(chǎn)業(yè)化有著重要的意義。
3、THz輻射可以穿透煙霧，又可檢測(cè)出有毒或有害分子，所以在環(huán)境監(jiān)測(cè)和保護(hù)方面可以發(fā)揮重要作用。據(jù)報(bào)道，THz環(huán)境監(jiān)控設(shè)備（利用CO2激光作為泵源產(chǎn)生的2.5THz)已安裝在美國(guó)衛(wèi)星上。
4、THz在國(guó)家安全、反恐方面的應(yīng)用有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)
利用THz可以穿透物質(zhì)的特性，英國(guó)首先研制了THz攝像機(jī)并且已在機(jī)場(chǎng)安全檢查方面進(jìn)行試用，效果很好。一個(gè)叫做QinetiQ的公司使用毫米波照相機(jī)拍攝了一張全身著裝的人的圖像，標(biāo)記出了隱藏著的槍支。太赫茲照相機(jī)被認(rèn)為是類似的但更有用的。特別重要的是美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）和田納西大學(xué)合作，開(kāi)展“穿墻計(jì)劃”，利用THz成像技術(shù)從外部獲得墻內(nèi)信息。顯然，這項(xiàng)穿墻技術(shù)在國(guó)家安全方面有很重要的價(jià)值。此外，利用THz波譜可以快速、有效的檢查和識(shí)別毒品，美國(guó)已開(kāi)展用THz譜技術(shù)檢查郵件等項(xiàng)目，包括THz化學(xué)和生物制品的檢測(cè)。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)裝有白粉的信封裸眼看來(lái)是無(wú)法判定的。但是在太赫茲成像的幫助下，郵政工作能明確包裹裝的粉末是興奮劑還是阿斯匹林。在行李中爆炸物品將更輕易的被發(fā)現(xiàn)。
5、THz在雷達(dá)和通信等方面的應(yīng)用
THz在雷達(dá)和通信等方面的應(yīng)用也有很大的潛力,THz在太空通信方面的巨大優(yōu)勢(shì)是沒(méi)有疑問(wèn)的。THz雷達(dá)在反隱身方面有特殊的功能。大功率THz輻射源的問(wèn)題，這方面的研究工作是為THz雷達(dá)等做準(zhǔn)備的。THz衛(wèi)星太空成像和通信技術(shù)可能是今后大國(guó)關(guān)注的重要領(lǐng)域。
6、THz應(yīng)用于航天飛機(jī)可能故障的探測(cè)
哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)失事之后不久，根據(jù)航天飛機(jī)發(fā)射時(shí)拍攝的錄像資料，提出了對(duì)失事原因的分析。美國(guó)一個(gè)實(shí)驗(yàn)室已進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。所采用的THz脈沖中心頻率為lTHz，頻帶寬度為3THz。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，尤其是最近的對(duì)絕熱泡沫層的成功探測(cè)，充分證明THz脈沖的確可以對(duì)航天飛機(jī)進(jìn)行有效的無(wú)損探傷。我國(guó)太空發(fā)展計(jì)劃肯定會(huì)需要這樣的技術(shù)。
7、太赫茲也有天文方面的應(yīng)用
Herschel空間天文臺(tái),一顆計(jì)劃于2008年發(fā)射的人造衛(wèi)星，是應(yīng)用太赫茲版本的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡。在智利，世界最大的望遠(yuǎn)鏡陣列之一,阿塔卡馬大型毫米波亞毫米波干涉陣(ALMA)正在構(gòu)建著。它將檢測(cè)太赫茲波長(zhǎng)的電磁波，希望能發(fā)現(xiàn)宇宙初期的物體。
國(guó)內(nèi)研究概況
近年來(lái)，太赫茲輻射(THz radiation)被廣泛運(yùn)用在諸多領(lǐng)域，所研究的問(wèn)題涉及到如化學(xué)，物理，醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)等。與此同時(shí)，適合使用太赫茲輻射的實(shí)驗(yàn)設(shè)備也得到廣泛、快速的發(fā)展。在一些有遠(yuǎn)見(jiàn)的科學(xué)家，如陳津培，杜祥琬，劉盛綱，楊國(guó)楨，姚建銓，張杰，吳培亨等院士的倡導(dǎo)和推動(dòng)下，我國(guó)已建立起了多個(gè)太赫茲研究中心(室)，促進(jìn)了太赫茲技術(shù)的研究發(fā)展，并取得了重要的成果。2005年11月22—24日，以 “太赫茲科學(xué)技術(shù)的新發(fā)展”為主題的第270次學(xué)術(shù)討論會(huì)在北京香山飯店召開(kāi)，至此我國(guó)的太赫茲研究及應(yīng)用開(kāi)發(fā)開(kāi)啟了一個(gè)新階段。
劉盛綱院士建議從國(guó)家層面設(shè)立太赫茲科技專項(xiàng)研究計(jì)劃，制定兩個(gè)五年計(jì)劃，加大投入，通過(guò)發(fā)展太赫茲新技術(shù)帶動(dòng)國(guó)防、國(guó)家安全、生物醫(yī)學(xué)以及信息等領(lǐng)域的發(fā)展，提升我國(guó)在太赫茲領(lǐng)域的國(guó)際地位，為我國(guó)太赫茲技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
國(guó)際發(fā)展情況
目前，已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)形成了一個(gè)THz技術(shù)研究高潮。
1、在美國(guó)國(guó)內(nèi)有數(shù)十所大學(xué)都在從事THz的研究工作，特別是美國(guó)重要的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，都在開(kāi)展THz科學(xué)技術(shù)的研究工作。美國(guó)國(guó)家基金會(huì)(NSF)、國(guó)家航天局(NASA)、能源部(DOE)和國(guó)家衛(wèi)生學(xué)會(huì)(NIH)等從90年代中期開(kāi)始對(duì)THz科技研究進(jìn)行大規(guī)模的投入。
2、英國(guó)的Rutherford國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，劍橋大學(xué)、里茲大學(xué)、Strathclyde等十幾所大學(xué)，德國(guó)的若干所大學(xué)，都積極開(kāi)展THz研究工作。歐洲國(guó)家還利用歐盟的資金組織了跨國(guó)家的多學(xué)科參加的大型合作研究項(xiàng)目。在俄國(guó)國(guó)家科學(xué)院專門設(shè)立了一個(gè)THz研究計(jì)劃，IAP，IGP及一些大學(xué)也都在積極開(kāi)展THz研究工作。
3、在亞洲國(guó)家和區(qū)域，韓國(guó)國(guó)立漢城大學(xué)、浦項(xiàng)科技大學(xué)、國(guó)立新加坡大學(xué)、臺(tái)灣大學(xué)、臺(tái)灣清華大學(xué)等都積極開(kāi)展THz研究工作，并發(fā)表了不少有分量的論文。
4、日本于2005年1月8日，公布了日本國(guó)十年科技戰(zhàn)略規(guī)劃，提出十項(xiàng)重大關(guān)鍵技術(shù)，將THz列為首位。東京大學(xué)、京都大學(xué)、大阪大學(xué)、東北大學(xué)、福井大學(xué)以及各公司都大力開(kāi)展THz的研究與開(kāi)發(fā)工作。
