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  • 發布時間:2018-06-12 17:34 原文鏈接: 香山科學會議探討“太赫茲科學技術的新發展”

    太赫茲(Terahertz)波在電磁波譜中占有一個很特殊的位置,并具有一系列特殊性質和重要的學術應用價值。在2005年12月舉行的以“太赫茲科學技術的新發展”為主題的第270次香山科學會議上,與會專家就發展我國太赫茲科學技術進行了交流和研討。

      “空白”漸成熱點

      太赫茲波是指頻率在0.1~10THz(波長為3000~30微米)范圍內的電磁波。它在長波段與毫米波、亞毫米波相重合,而在短波段與紅外線相重合,在電磁波譜中占有一個很特殊的位置。太赫茲這一位置正好處于科學技術發展相對較好的微波毫米波與紅外線光學之間,但由于太赫茲波源問題一直未能得到很好的解決,因此形成了一個在研究上相對落后的“空白”。太赫茲在長波方向主要依靠電子學技術,而在短波方向則主要依靠光子學技術,在電子學與光子學之間的這一“空白”蘊含著深刻的物理含義。

      經過近十幾年的研究,國際科技界認為,由于太赫茲的頻率很高,所以其空間分辨率也很高;又由于脈沖很短(飛秒),具有了很高的時間分辨率,太赫茲成像技術及太赫茲波譜技術由此構成了太赫茲應用的兩個主要關鍵技術。同時,太赫茲的能量很小,不會對物質產生破壞作用,所以與X射線相比更具優勢。

      國際上對太赫茲輻射已經達成了如下共識,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。

      目前,包括長青藤大學在內的數十所美國大學都在從事太赫茲研究,美國國家基金會、國家航天局等都對太赫茲研究給予了大規模的投入;英國、德國、俄羅斯的多所大學也都設立了專門進行太赫茲研究的項目。在亞洲,韓國、新加坡等也都積極開展了這方面的研究工作。目前已經在全世界范圍內形成了一個太赫茲技術的研究高潮。

      誘人的機遇

      會議執行主席、電子科技大學劉盛綱院士介紹說,太赫茲的獨特性質使它具有非常重要的多方面應用。

      在科學研究方面,太赫茲成像和太赫茲波譜學在物理學、化學、生物醫學、天文學、材料學和環境科學方面有著極其重要的應用。太赫茲波除了可以成像外,還可作為一種特殊的探針用來對物質內部進行深入研究,利用太赫茲輻射還可以探測出高溫、高密度等離子體中密度的分布空間。

      太赫茲在生物醫學應用上被一致看好,如皮膚癌的診斷和治療、藥物的分析和檢測、大分子生物學研究的發展等。由于生物大分子的振動和轉動頻率均在太赫茲波段,因此太赫茲在糧食選種、優良菌種的選擇等農業和食品加工行業有著良好的應用前景。

      太赫茲輻射可以穿透煙霧這一特點,還可用于檢測有毒、有害分子,在環境監測和保護方面有著重要的作用。利用太赫茲的穿透特性,美國已經開始用太赫茲技術檢查郵件和識別毒品,并用于對航天飛機的無損探傷。

      太赫茲在雷達和通信方面,特別是在太空通信方面的巨大優勢是沒有疑問的。太赫茲衛星太空成像和通信技術將成為一個重要的研究領域。而且太赫茲技術是新一代IT產業的基礎。在日本,以太赫茲技術為基礎的新一代IT產業已開始逐步形成。

      突破關鍵技術“瓶頸”

      劉盛綱說,在太赫茲技術及應用中,輻射源和檢測技術是兩個主要問題。大功率太赫茲輻射源研究是太赫茲技術發展的重要環節,在研究中既要重視半導體太赫茲源和基于光子學的太赫茲源,又要重視真空電子學在太赫茲領域可能有的重要貢獻。太赫茲探測技術是研究的另外一個重要環節,既要重視發展溫室的太赫茲檢測技術,也要重視靈敏度高的、低溫檢測系統。此外,太赫茲功能部件如傳輸線等的研究也很重要。

      與會專家建議,加強太赫茲在國防及國家安全方面的應用研究,如太赫茲穿透物質成像技術可用于太赫茲雷達、精確制導等;盡快建立實用的、可調諧的、高功率的太赫茲研究平臺,這將有助于推動我國太赫茲技術的研究與應用。通過國家投入、鼓勵企業參與、加強國內外交流等,力爭用兩個五年計劃的時間,即到2015年,使我國在太赫茲源、太赫茲檢測、成像及波譜技術等關鍵領域都有所突破,在理論和實驗研究方面與國際同行站在同一個起跑線上,并取得一批擁有自主知識產權的實用技術和產品。


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