神秘的太赫兹波的介绍
相关报告
- 2015-2020年中国无机复合材料行业市场重点层面调查研究报告(2015-10-08)
- 2015-2020年中国CC复合材料行业市场深度调查研究及投资前景分析报告(2015-03-18)
- 2015-2020年中国无机复合材料行业运行研究及市场投资发展分析报告(2015-05-19)
- 2016-2022年中国高分子复合材料行业市场深度调查研究及投资咨询报告(2015-11-28)
- 2016-2022年中国无机复合材料行业市场深度调查研究及投资咨询报告(2015-11-24)
- 中国无机复合材料行业市场深度调查研究及投资咨询报告(2018-07-26)
- 2015-2019年中国高分子复合材料行业市场发展研究及投资前景分析报告(2014-11-21)
- 2015-2020年中国木塑复合材料行业运行研究及市场投资发展分析报告(2015-06-10)
- 中国CC复合材料行业市场深度调查研究及投资咨询报告(2018-08-02)
- 2016-2022年中国玻璃钢复合材料区域行业市场调查研究及发展分析报告(2015-10-28)
太赫兹波的本质是光,只不过不能被肉眼所见。光具有波粒二象性,光在传播时呈现 波动性,而在与物质作用时呈现粒子性。光传播时的波动性被我们用于通信,而光与 物质的作用被我们用于成像。
1.1 光子小汽车的故事
被用于通信的波动性:试将光子想象成在高速上行驶的汽车,假如这条高速环绕地球 一周,我们称之为“地球高速”。这辆“光子小汽车”将沿着地球转圈。转一圈需要 多少秒我们称之为“时间”。一秒转多少圈我们称之为“频率”。时间的单位是“秒”, 频率的单位是“赫兹”,两者互为倒数关系。随着“光子小汽车”速度的改变,环绕 地球的频率就将改变,频率的变化可以被我们调制成“0”和“1”,进而用来承载信 息,使得我们实现通信。显而易见,“地球高速”的路越宽,“光子小汽车”就跑的越 快。“地球高速”的路宽我们称之为“带宽”。带宽越大,传输速度越快,承载的信息 量也就越大。
图 1:光的波动性被用于通信

被用于成像的粒子性:“光子小汽车”行驶途中会遇到城镇。进入城镇时,就像光遇到 物质,速度降低,我们称之为“透射”。“光子小汽车”停下来并消失在车流之中,我们 称之为物质对光的“吸收”。一些车辆转向郊区,偏离原来的轨道,我们称之为“散射”。 一些汽车甚至进行“U”型转弯,沿着原路返回,我们称之为“反射”。当光子发生透射时, 其部分能量被吸收,从而能量下降,速度降低,这种衰减蕴含了被投射物质的密度信 息,进而被用于成像。
图 2:光的粒子性被用于成像

1.2 太赫兹波的特别之处
太赫兹(terahertz,简写为 THz)是频率单位,等于 1,000,000,000,000Hz,通常用于 表示电磁波频率。赫兹波是指频率在 0.1THz 到 10THz 范围的电磁波,波长大概在 3μm 到 3mm 范围。从频率上看,赫兹波在介于微波与红外线之间;从能量上看,赫 兹波在电子和光子之间。在电磁频谱上,太赫兹波段两侧的红外和微波技术已经非常 成熟,但是太赫兹技术基本上还是一个空白,其原因是在此频段上,既不完全适合用 光学理论来处理,也不完全适合微波的理论来研究,THz 波所处的位臵正好处于宏观 经典理论向围观量子理论的过渡区:
THz 波的长波段与亚毫米波相重合,发展主要依靠电子学技术。
THz 波的短波段与红外线相重合,发展主要依靠光子学技术。
图 3:THz 波在电磁波谱中的位置

2004 年,美国政府将 THz 科技评为"改变未来世界的十大技术"之四,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。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。THz 研究领域的开拓者之一,美国 著名学者张希成博士称:"Next ray,T-Ray !"。THz 波的一些特点决定了它在许多基础 研究领域有着相当重要的应用前景。
瞬态性:THz 脉冲的典型脉宽在皮秒量级,可以很好地满足时间分辨的研究条件, 并且能够有效抑制背景辐射噪声干扰。很多物理和化学过程,如能量传递和荧光寿 命以及电子在水中溶剂化等,仅需 10-8秒就能完成,只有在皮秒脉冲实现后才有可 能及时地观察这些极快的过程。
宽带性:THz 脉冲通常包括若干个周期的电磁震荡,单个脉冲的频带可以覆盖从 GHz 至几十 THz 的范围,便于在大的光谱范围内对物质性质进行分析。例如,大 多数的爆炸性物质在 THz 波段具有特征谱;许多超导材料、薄膜材料、半导体材 料的声子振动能级也落在 THz 波段范围。 稳定性:THz时域光谱系统对黑体辐射不敏感,在小于3THz范围内信噪比高达104: 1,远远高于傅里叶变换红外光谱技术,而且其稳定性也更好。许多材料大分子振 动光谱在THz波段存在很多特征吸收峰,因此THz时域光谱技术是探测材料在THz 波段信息的一种有效的手段。
相干性:THz 相干性由非线性光学差频变换产生,因此 THz 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、车站等地点的安全监测。极性物质特别 是水对 THz 电磁辐射的吸收比较强,在 THz 成像技术中,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、植物叶片组织的水分含量分布等。
穿透性:THz 波能以很小的衰减穿透如纸张、布料、塑料等物质,THz 波甚至还可 以穿透墙壁,它所得到的探测图像的分辨率和景深都有明显的增加。因此在对包装 完全的物品进行质量监测方面以及安全检查等方面,THz 技术的应用前景十分广阔。 低能性:THz 光子的能量只有 10-3eV,与 X 射线相比,不会因为电离而破坏被检 测物质,因此 THz 波适合对生物组织进行活体检查,例如利用 THz 时域光谱技术 研究酶的特性,进行 DNA 鉴别,替代 X射线进行人体检查等,适合生物大分子与 活性物质结构的研究。
图 4:太赫兹检测树叶中的水分

图 5:太赫兹安防成像

1.3 太赫兹成为各国研究热点
从全球角度来看,太赫兹技术专利申请主要集中在材料检测(G01N21/35、 G01N21/17)、太赫兹光谱测定的方法和装臵(G01J5/02、G01J3/42)、固态激光产 生太赫兹源(H01S1/02、H01S3/10、G02F1/35)等技术,涵盖了太赫兹源、探测、 应用三个领域的技术创新,其中材料检测技术研究热度最高,相关技术已经十分成熟。
图 6:太赫兹全球专利申请统计

从技术成熟度来看,今年复合材料的工业检测有望率先迎来产业化拐点,随之而来的 是太赫兹安检设备,最终太赫兹通信技术将支撑起整个物联网的架构,成为车联网、 VR 设备、智能城市的网络载体。
图 7:太赫兹技术发展历程
1.1 光子小汽车的故事
被用于通信的波动性:试将光子想象成在高速上行驶的汽车,假如这条高速环绕地球 一周,我们称之为“地球高速”。这辆“光子小汽车”将沿着地球转圈。转一圈需要 多少秒我们称之为“时间”。一秒转多少圈我们称之为“频率”。时间的单位是“秒”, 频率的单位是“赫兹”,两者互为倒数关系。随着“光子小汽车”速度的改变,环绕 地球的频率就将改变,频率的变化可以被我们调制成“0”和“1”,进而用来承载信 息,使得我们实现通信。显而易见,“地球高速”的路越宽,“光子小汽车”就跑的越 快。“地球高速”的路宽我们称之为“带宽”。带宽越大,传输速度越快,承载的信息 量也就越大。
图 1:光的波动性被用于通信

被用于成像的粒子性:“光子小汽车”行驶途中会遇到城镇。进入城镇时,就像光遇到 物质,速度降低,我们称之为“透射”。“光子小汽车”停下来并消失在车流之中,我们 称之为物质对光的“吸收”。一些车辆转向郊区,偏离原来的轨道,我们称之为“散射”。 一些汽车甚至进行“U”型转弯,沿着原路返回,我们称之为“反射”。当光子发生透射时, 其部分能量被吸收,从而能量下降,速度降低,这种衰减蕴含了被投射物质的密度信 息,进而被用于成像。
图 2:光的粒子性被用于成像

1.2 太赫兹波的特别之处
太赫兹(terahertz,简写为 THz)是频率单位,等于 1,000,000,000,000Hz,通常用于 表示电磁波频率。赫兹波是指频率在 0.1THz 到 10THz 范围的电磁波,波长大概在 3μm 到 3mm 范围。从频率上看,赫兹波在介于微波与红外线之间;从能量上看,赫 兹波在电子和光子之间。在电磁频谱上,太赫兹波段两侧的红外和微波技术已经非常 成熟,但是太赫兹技术基本上还是一个空白,其原因是在此频段上,既不完全适合用 光学理论来处理,也不完全适合微波的理论来研究,THz 波所处的位臵正好处于宏观 经典理论向围观量子理论的过渡区:
THz 波的长波段与亚毫米波相重合,发展主要依靠电子学技术。
THz 波的短波段与红外线相重合,发展主要依靠光子学技术。
图 3:THz 波在电磁波谱中的位置

2004 年,美国政府将 THz 科技评为"改变未来世界的十大技术"之四,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。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。THz 研究领域的开拓者之一,美国 著名学者张希成博士称:"Next ray,T-Ray !"。THz 波的一些特点决定了它在许多基础 研究领域有着相当重要的应用前景。
瞬态性:THz 脉冲的典型脉宽在皮秒量级,可以很好地满足时间分辨的研究条件, 并且能够有效抑制背景辐射噪声干扰。很多物理和化学过程,如能量传递和荧光寿 命以及电子在水中溶剂化等,仅需 10-8秒就能完成,只有在皮秒脉冲实现后才有可 能及时地观察这些极快的过程。
宽带性:THz 脉冲通常包括若干个周期的电磁震荡,单个脉冲的频带可以覆盖从 GHz 至几十 THz 的范围,便于在大的光谱范围内对物质性质进行分析。例如,大 多数的爆炸性物质在 THz 波段具有特征谱;许多超导材料、薄膜材料、半导体材 料的声子振动能级也落在 THz 波段范围。 稳定性:THz时域光谱系统对黑体辐射不敏感,在小于3THz范围内信噪比高达104: 1,远远高于傅里叶变换红外光谱技术,而且其稳定性也更好。许多材料大分子振 动光谱在THz波段存在很多特征吸收峰,因此THz时域光谱技术是探测材料在THz 波段信息的一种有效的手段。
相干性:THz 相干性由非线性光学差频变换产生,因此 THz 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、车站等地点的安全监测。极性物质特别 是水对 THz 电磁辐射的吸收比较强,在 THz 成像技术中,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、植物叶片组织的水分含量分布等。
穿透性:THz 波能以很小的衰减穿透如纸张、布料、塑料等物质,THz 波甚至还可 以穿透墙壁,它所得到的探测图像的分辨率和景深都有明显的增加。因此在对包装 完全的物品进行质量监测方面以及安全检查等方面,THz 技术的应用前景十分广阔。 低能性:THz 光子的能量只有 10-3eV,与 X 射线相比,不会因为电离而破坏被检 测物质,因此 THz 波适合对生物组织进行活体检查,例如利用 THz 时域光谱技术 研究酶的特性,进行 DNA 鉴别,替代 X射线进行人体检查等,适合生物大分子与 活性物质结构的研究。
图 4:太赫兹检测树叶中的水分

图 5:太赫兹安防成像

1.3 太赫兹成为各国研究热点
从全球角度来看,太赫兹技术专利申请主要集中在材料检测(G01N21/35、 G01N21/17)、太赫兹光谱测定的方法和装臵(G01J5/02、G01J3/42)、固态激光产 生太赫兹源(H01S1/02、H01S3/10、G02F1/35)等技术,涵盖了太赫兹源、探测、 应用三个领域的技术创新,其中材料检测技术研究热度最高,相关技术已经十分成熟。
图 6:太赫兹全球专利申请统计

从技术成熟度来看,今年复合材料的工业检测有望率先迎来产业化拐点,随之而来的 是太赫兹安检设备,最终太赫兹通信技术将支撑起整个物联网的架构,成为车联网、 VR 设备、智能城市的网络载体。
图 7:太赫兹技术发展历程

本文地址:http://www.zwzyzx.com/show-332-200635-1.html
下一篇:三大技术催熟太赫兹产业化
相关资讯
- 车用润滑油、汽车化学品和汽车养护品行业利润水平变动情况(2014-12-22)
- 2011-2013年全国氮肥产量规模情况分析(2014-03-07)
- 水处理剂行业产业链情况(2015-01-08)
- 诺普信:收入稳定增长,环境污染诉讼影响本期净利润(2016-05-25)
- 化工品轮番涨价 企业盈利水平有望提升(2013-12-22)
- 氧化锆是应用广泛、不可或缺的新型无机非金属材料(2015-04-09)
- 2007年全球钻井服务市场规模为1,213亿美元,预测2013年为2,620亿美元(2014-08-13)
- 联化科技:业绩继续稳定增长,医药中间体增速较快(2016-05-23)
合作媒体
最新报告
定制出版
热门报告
免责声明
中为咨询所引述的资料是用于行业市场研究以及讨论和交流,并注明出处,部分内容是由相关机构提供。若有异议请及时联系本公司,我们将立即依据相关法律对文章进行删除或作相应处理。查看详细》》