太赫茲,，實際上是一個頻率單位,，1THz=1000GH,，人們對太赫茲研究主要在0.1THz~10THz之間。

太赫茲波又稱遠紅外波,，波長在0.03mm-3mm之間,，比微波更短，該范圍兩側(cè)的微波與紅外線均已有了廣泛的應(yīng)用,，它是電磁波段中最后一段未被人類充分認識和應(yīng)用波段,，故而這一頻段有個外號叫做“太赫茲鴻溝”。

太赫茲是一個非常特殊的存在,，從頻譜上看,，太赫茲波在整個電磁波譜中處在微波與紅外波之間;從光學(xué)領(lǐng)域看，太赫茲波被稱為遠紅外射線;從能量上看,，太赫茲波段的能量介于電子和光子之間,。

正是因為其特殊性，讓其具有頻率高,、脈沖短,、穿透性強，且能量很小,，對物質(zhì)與人體的破壞較小等特質(zhì),。太赫茲曾被評為“改變未來世界的十大技術(shù)”之一，科學(xué)家認為太赫茲擁有廣泛的應(yīng)用前景,。

比如在空間通信方面,，太赫茲波可以作為高速寬帶的通信載體。太赫茲波通信具有極高的方向性和穿透能力,，因此適用于惡劣環(huán)境下的短距離保密通訊,，也適用于高帶寬需求的衛(wèi)星通信領(lǐng)域,。國際通訊聯(lián)盟已經(jīng)指定0.12和0.22THz兩個頻段分別用于下一代地面無線通信與衛(wèi)星間通信。

太赫茲通信系統(tǒng)

而在安全檢測方面,，太赫茲波對很多非極性物質(zhì)有很強的穿透能力，可以進行遠距離探測和高分辨率的成像,。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(tǒng)識別,，在軍事偵察,、可疑危險品、有毒有害物品檢測等方面提供技術(shù)保證,。

在生物醫(yī)學(xué)上面,，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法無法比擬的,。因此可以對食品中的地溝油,、蔬菜水果中的農(nóng)藥、奶粉中的三聚氰胺等進行檢測,。

太赫茲對食品的檢測

由于太赫茲波很容易被水分子或氧氣分子等極性物質(zhì)吸收,，所以該輻射不會穿透人體的皮膚，對人體是很安全的,。同時水和其他組織對太赫茲波具有不同的吸收率,，因此它可廣泛應(yīng)用于對人體局部成像和疾病的醫(yī)療診斷上，比如對于皮膚癌和乳腺癌等的檢測,。

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,，而這有助于早期癌癥的防治,，對癌癥患者而言，早期發(fā)現(xiàn),、早期診斷有助于癌癥的根治,。

當患者處于癌癥早期時，癌細胞在人體血液或體液內(nèi)的含量雖然非常少,，但太赫茲波技術(shù)卻能比傳統(tǒng)檢測技術(shù)提早6個月左右,。

中國工程物理研究院還在國際首次腦膠質(zhì)瘤太赫茲技術(shù)診治的研究成果，獲取了腦膠質(zhì)瘤太赫茲波段的折射率,、吸收系數(shù),、介電常數(shù),，消除了水分的影響，更能反映腦膠質(zhì)瘤和正常腦組織的本身特性變化;并且給出了適合不同成像方式（連續(xù)波成像,、脈沖成像）的太赫茲頻段范圍和頻率點,，能夠有效指導(dǎo)腦膠質(zhì)瘤太赫茲成像，為太赫茲光譜與成像技術(shù)應(yīng)用于腦膠質(zhì)瘤診斷墊定了基礎(chǔ),。在應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)研究的太赫茲源方面,，獲得了峰值功率接近1MW的太赫茲脈沖輻射，提高了太赫茲生物醫(yī)學(xué)診斷系統(tǒng)的信噪比,。

可以說,，在生物醫(yī)學(xué)方面，太赫茲技術(shù)擁有非常廣闊的前景,。

而在通信上,，太赫茲一直被認為是6G的關(guān)鍵技術(shù)，被認為是無線通信技術(shù)的未來,，太赫茲根據(jù)通信原理,，頻率越高，允許分配的帶寬范圍越大,，單位時間內(nèi)所能傳遞的數(shù)據(jù)量就越大,，也就是我們通常說的“網(wǎng)速變快了”。

如果我們真的在6G時代可以成熟運營太赫茲技術(shù),，單從頻率上來講,，6G的網(wǎng)速將會是5G的10倍左右。除此之外,，太赫茲還兼具微波通信以及光波通信的優(yōu)點,，即傳輸速率高、容量大,、方向性強,、安全性高及穿透性強等。

科學(xué)家還想把太赫茲做在衛(wèi)星上,，因為在外太空,，近似真空的狀態(tài)下，不用考慮水分的影響,，這將比當前的超寬帶技術(shù)快幾百至一千多倍,，能夠?qū)崿F(xiàn)萬級以上的帶寬。

這也是為什么各個國家都想在太赫茲技術(shù)上取得突破的原因,。一旦在6G時代掌握主動權(quán),，那么就掌握了全球經(jīng)濟的主導(dǎo)權(quán)。這也是為什么美國一直不爽中國是全球5G領(lǐng)先者的原因,，專利數(shù)據(jù)公司IPlytics公司發(fā)布了5G專利競爭態(tài)勢報告曾指出：5G將促進數(shù)以萬計的新產(chǎn)品,、新技術(shù)和新服務(wù)的產(chǎn)生,，并將提高生產(chǎn)力，創(chuàng)造新產(chǎn)業(yè),。全球5G網(wǎng)絡(luò)將統(tǒng)一移動通信,，并通過物聯(lián)網(wǎng)（IoT）將萬事萬物連接到一起。5G技術(shù)可以將車輛,、船舶,、建筑物、儀表,、機器和其他實體物品與電子、軟件,、傳感器和云連接起來,，嵌入式5G技術(shù)將允許機器在物理世界中交換信息、集成到基于計算機的系統(tǒng)中,。近年來,，3G和4G的專利權(quán)人控制了智能手機行業(yè)中移動技術(shù)的利用方式。因此5G的專利權(quán)人也可能通過在各個市場實現(xiàn)5G連接而成為技術(shù)和市場的領(lǐng)導(dǎo)者,。

也正是因為美國在5G不領(lǐng)先,，所以才會想要在6G中扳回一局，所以對于太赫茲技術(shù)的研發(fā)可以說十分迫切,。2019年,，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）投票，一致決定開放面向未來6G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的“太赫茲”頻譜,，用于創(chuàng)新者開展6G技術(shù)試驗,。

而日本2005年就將太赫茲技術(shù)列為“國家支柱十大重點戰(zhàn)略目標”之首，舉全國之力進行研發(fā),。

目前,，日本在太赫茲技術(shù)研究上已經(jīng)處于世界先進行列，日本廣島大學(xué)在全球最先實現(xiàn)了基于CMOS低成本工藝的300GHz頻段的太赫茲通信,。此外,，日本在太赫茲等各項電子通信材料領(lǐng)域“獨步天下”，幾乎達到壟斷地位,，這是其發(fā)展6G的獨特優(yōu)勢,。

總而言之，太赫茲技術(shù)可以說在具有廣闊而無限的前景,。但目前受限于當前太赫茲波源和太赫茲波探測技術(shù)的發(fā)展不成熟,，太赫茲波段與傳輸控制相關(guān)的基礎(chǔ)功能器件目前非常匱乏，而這些器件是構(gòu)建未來太赫茲應(yīng)用技術(shù)框架所必不可少的組成部分,。

除此之外,，對太赫茲來說,，其對濾光片、探測器等頗為苛刻的要求也制約了其應(yīng)用的前景,。

盡管這些領(lǐng)域的研究已經(jīng)進行了二十多年,，但與激光技術(shù)相比，太赫茲技術(shù)所需要的許多關(guān)鍵器件還是十分有限的,，很多技術(shù)尚待開發(fā),，甚至一些基礎(chǔ)理論研究也是急需發(fā)展的。

德國固態(tài)物理研究所（IAF）,、德國聯(lián)邦物理技術(shù)研究院（PTB）,、Braunschweig 大學(xué)、日本NTT,、美國貝爾實驗室,、加拿大多倫多大學(xué)、法國IEMN,、美國Asyrmatos 通信系統(tǒng)公司等在太赫茲技術(shù)研究上投入了巨大的精力,。

日本NTT公司的120 GHz寬帶無線通信系統(tǒng)

歐盟2017 年成立的由德國、希臘,、芬蘭,、葡萄牙、英國等跨國TERRANOVA 計劃,，明確提出研發(fā)超高速太赫茲創(chuàng)新無線通信技術(shù),。

目前太赫茲技術(shù)正逐步向更高速率、更高大氣窗口頻率以及低功耗與小型集成化和實用化方向發(fā)展,，截至現(xiàn)在太赫茲通信技術(shù)形成了基于微波光子學(xué)的光電結(jié)合方式,、全固態(tài)混頻電子學(xué)方式、直接調(diào)制方式這3 類針對不同的應(yīng)用場景并行發(fā)展的態(tài)勢,。

日本NTT公司很早就開發(fā)的120 GHz通信系統(tǒng),，在千米距離實現(xiàn)了10 Gbps的無線通信，并應(yīng)用于2008年北京奧運會的節(jié)目轉(zhuǎn)播,。

中國在太赫茲技術(shù)的研究上也花費了巨大的精力,，早在2016年的時間，電子科技大學(xué)率先在國際上研制出了首套直接調(diào)制方式的太赫茲通信系統(tǒng),，并實現(xiàn)了千米級高清視頻傳輸,。該系統(tǒng)采用外部高速調(diào)制器直接對空間傳輸太赫茲信號進行調(diào)制，這種調(diào)制方式較現(xiàn)有的太赫茲通信方式,，具有可靈活搭配中高功率太赫茲輻射源實現(xiàn)遠距離通信的優(yōu)點,，有效突破了目前太赫茲通信系統(tǒng)中承載發(fā)射功率過低的問題。目前，該系統(tǒng)實現(xiàn)了0.34 THz 工作頻率吉比特每秒的高清視頻業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸,。

所以,，盡管目前太赫茲技術(shù)在應(yīng)用上還存在許多的問題，但是它廣闊的前景也讓科學(xué)家們前赴后繼想要將它徹底征服,，讓我們拭目以待,！

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