THz技术的应用探究

随着THz辐射源和检测技术的发展,THz波的特性逐渐被人们认识,从而使得THz技术在军事、通信、安检、医学、材料、天文等多个领域获得了广泛的应用,如图1.2所示。

图1.2　THz技术的应用

(1)在雷达技术领域的应用

THz雷达具有频带宽、波长短、波束窄、体积小、功耗低和穿透性强等特点。相比于激光红外探测,利用其穿透性强的特点可以保证系统能够在硝烟弥漫的战场或沙尘环境中稳定工作。相比于微波波段的雷达,利用其波长短的特点可以有效减小系统的体积和质量,并提高分辨率。这些特点使得THz雷达在敌机预警、直升机避障、云探测、导弹导引等方面具有重要的应用。

(2)在通信领域的应用

目前,6 GHz以下的传统通信频段已经很难得到较宽的连续频谱,这严重制约了通信产业的发展。相比之下,THz频段却仍有海量未充分利用的频谱资源。其波长更短,可以有效减小通信器件及系统的尺寸;其频率更高,可以满足未来超高速通信的需求,比如100 Gbps甚至更高。

(3)在安检领域的应用(www.xing528.com)

利用高穿透性、高安全性等优点,THz成像可以有效地对被测物体进行检测,这使其在国家安全、机场安检、大气遥感等方面得到了广泛的应用。此外,由于硝基及许多有机大分子的分子振动能级位于THz波段,使用THz技术可以有效地对爆炸物、毒品、汽油等危险品进行光谱和传感检测。

(4)在医学领域的应用

由于THz波对人体无害,其可以用于人体局部成像和疾病的医疗诊断,比如对癌变组织的成像及光谱检测。此外,许多生物大分子在THz波段都具有强烈的色散和吸收特性,因此THz波可以用于分子特性的检测和识别,比如测定DNA的形态、生物组织的特征和蛋白质复合物的成分等。

(5)在材料检测领域的应用

THz波的光子能量低,对穿透物不会造成损伤,并且可以穿过大多数介电物质。这一特点对于检测非导体材料中的缺陷或者特殊标记具有重要的意义,比如THz波可以用于检测油画、航天器绝热层和半导体器件的缺陷等,一般认为其是无损检测。此外,THz脉冲的典型脉宽在皮秒量级,因此可以得到高信噪比的THz时域光谱,易于实现对各种材料的光谱分析。

(6)在天文探测领域的应用

宇宙背景辐射在THz波段存在丰富的信息,THz波可以对宇宙中大量的物质进行探测,如气态碳、水、氧气、氮气、臭氧、一氧化碳等分子和OH-、H2 D+等离子,而这些物质通过其他手段难以探测。此外,THz波广泛地存在于宇宙空间,可为天文学研究提供宇宙起源、星体形成、星系演化等方面的天文信息。