□文 / 钱 野 杭州市科技信息研究院
太赫兹（Tera Hertz，THz），又称为太赫，或太拉赫兹，用于表示电磁波频率，1太赫兹=1万亿赫兹。太赫兹是一种新的、有很多独特优点的辐射源。太赫兹波泛指频率位于红外和微波之间、0.1—10THz 波段内的电磁波。由于太赫兹波处于宏观电子学向微观光子学的过渡区，它既不完全适合用光学理论来处理，也不完全适合用微波的理论来研究。
在过去很长一段时间，太赫兹波段两侧的红外和微波技术的发展已经比较成熟，但是人们对太赫兹波段的认识仍然非常有限，形成了所谓的“太赫兹空白”。近年来，太赫兹波以其独特的性能和广泛的应用前景而越来越受到世界各国的关注，已被国际科学界公认为是高科技领域的必争之地，其研究和应用对于未来作战与国家安全将具有重大的战略意义。太赫兹技术被美国评为“改变未来世界的十大技术”之一。
太赫兹技术之所以引起科学界广泛的关注，是由于太赫兹波在频率上要高于微波，低于红外线；
能量大小则在电子和光子之间，与其他频率的电磁波相比，具有很多独特的性质。
一是高穿透性。太赫兹波对许多介电材料和非极性物质具有良好的穿透性，可对不透明物体进行透视成像，是X射线成像和超声波成像技术的有效互补。
二是低能量性。太赫兹光子能量只有X 射线光子能量的约1%，太赫兹辐射不会导致光致电离而破坏被检质，非常适用于针对人体或其他生物样品的检查。水对太赫兹辐射有极强的吸收性，太赫兹波不易穿透含水物体。
三是瞬态性。太赫兹脉冲的典型脉宽在皮秒（ps，10-12秒）数量级，通过取样测量技术，能够有效地抑制背景辐射噪声的干扰。
四是相干性。太赫兹的相干性源于其相干产生机制，能够直接测量电场的振幅和相位，从而方便提取样品的折射率、吸收系数、消光系数、介电常数等参数。
太赫兹波的独特性能在通信、雷达、电子对抗、电磁武器、医学成像、安全检查等领域蕴含着巨大的应用前景。目前，太赫兹技术的应用仍然在不断地研究开发当中，其广袤的科学前景为世界所公认。
军事领域
一是太赫兹成像的应用。太赫兹的频率很高、波长很短，具有很高的时域频谱信噪比，且在浓烟、沙尘环境中传输损耗很少，可以穿透墙体对房屋内部进行扫描，是复杂战场环境下寻敌成像的理想技术。未来城市及反恐作战中，借助太赫兹特有的“穿墙术”，可以对“墙后”物体进行三维立体成像，探测隐蔽的武器、伪装埋伏的武装人员和显示沙尘或烟雾中的坦克、火炮等装备。另外，太赫兹成像技术在塑料凶器、陶瓷手枪、塑胶炸弹、流体炸药和人体炸弹的检测和识别上，更是“明察秋毫”。利用强太赫兹辐射照射路面，还可以远距离探测地下的雷场分布，士兵们不需要再靠近可疑地段或人员便可以对其进行检查。目前该技术已经初步应用于检查邮件、识别炸药及无损探伤等安全领域。
二是太赫兹雷达的应用。在隐身技术应用之后，常规的窄带微波雷达在探测雷达截面很小的隐身兵器时往往显得“力不从心”。而处于电磁频谱过渡区域的太赫兹则是集众家优长于一身。一方面，它的波长很短，大约在30um—3mm 的范围内，可用于探测更小的目标和更精确的定位。另一方面，它又包含了丰富的频率，能以成千上万种频率发射纳秒以至皮秒级的脉冲，大大超过现有隐身技术的作用范围。因此，不管是面对形状隐身、涂料隐身，还是等离子体隐身的目标时，都能让它们“无处遁形”。美国是最早提出太赫兹雷达这一概念的国家，并先后进行了0.2THz、1.56THz、0.6THz 等高分辨率雷达实验，验证了太赫兹雷达的可行性。太赫兹雷达作为未来高精度、反隐身雷达的发展方向之一，在军事上将有广阔的应用前景。
三是太赫兹通信的应用。军事通信领域500MHz—5GHz频段资源已日趋稀缺，而太赫兹这一曾被“遗忘”的波段，集成了微波通信与光通信的优点，具有传输速率高、容量大、方向性强、安全性高及穿透性好等诸多特性，已成为各国挖掘开发的热点。一方面，太赫兹的频段比现有微波通信要高出1—4 个数量级，意味着它可以承载更大的信息量，满足战场大数据传输速率的通信要求。另一方面，太赫兹波束更窄，具有极高的方向性、更好的保密性、较强的抗干扰和云雾及伪装物穿透能力，可以在大风、沙尘以及浓烟等恶劣的战场环境下以极高的带宽进行定向、高保密甚至明码军事通信。
航天领域
将太赫兹探测器与光学遥感技术相结合，可以实现空间高分辨率、快速成像和波谱探测功能。空间太赫兹被动遥感技术是目前太赫兹技术在天文和深空探测领域的主流应用方向。许多欧美发达国家已经实施或准备实施太赫兹空间计划，利用空间太赫兹设备在一定程度上实现了对地球大气成分、对流层的化学性质及其动力学等方面的科学研究工作。利用太赫兹技术可对航天器进行损伤、疲劳和化学剥蚀检查，太赫兹成像技术现已成为美国航天局用来检测航天器缺陷的四大技术之一，如利用太赫兹技术有效地检测出了导致“哥伦比亚”号惨剧发生的原因是“外部燃料箱泡沫脱粘”。
生物与医学领域
太赫兹成像技术可应用于检查人体组织以发现病变区域，诊断疾病程度以及监测医疗药品的制造等。太赫兹时域光谱技术则可用于检验药品质量、测定药品成分等。由于生物大分子振动和转动的共振频率均在太赫兹波段，因此太赫兹在粮食选种、优良菌种的选择等农业和食品加工行业也有着良好的应用前景。
检验检测领域
太赫兹时域光谱技术可用于对储油层岩石的性质及其内部构造形态进行测量，并根据测量结果对岩石类型进行区分和鉴别。太赫兹光谱仪信噪比高，可以对炸药进行无损、非电离、高灵敏度的光谱测量，适用于危化品鉴别与检测，国内外已经建立了大量有关危化品的太赫兹指纹谱数据库。利用太赫兹技术可进行食品检测，包括水含量检测、有害成分检测、禁用化学成分检测等。太赫兹成像还可以用于检测汽车仪表盘质量、建筑物内的墙后和地板材料表面完整性、瓷砖和纸张等的表面平整度、印刷电路板是否脱层等问题。
随着对太赫兹价值认识的不断深入，各国纷纷加快了针对这一波段的探索，掀起一股研究太赫兹的热潮。目前太赫兹受到高度关注，多项技术已逐渐成熟。
美国
太赫兹技术在2006 年就被列为美国国防重点科学，目前有多个研究机构正在积极研发此项技术。美国国防高级研究计划局（DARPA）开展了TIFT 项目研究，旨在开发安全应用方面的小型高感度太赫兹感测系统。美国劳伦斯·伯克利国家实验室开展了先进太赫兹光源以及基于新型半导体材料的太赫兹器件的研究等。美国斯坦福国家加速器实验室开展了基于加速器和基于激光等离子体相互作用的超短高峰值功率的太赫兹脉冲光源的研究，它与加州理工大学联合的喷气推进实验室还在太赫兹远距离成像、太赫兹光谱成像生物医学应用等方面做出了突出贡献。
欧洲
围绕太赫兹技术的广泛应用前景，欧洲各国政府和企业产学研合作的研发日益活跃。
英国开展了WANTED 项目研究，开发了1—10THz的广域半导体振动器和检波器；
开展了TERAVISION 项目，开发应用高功率、小型近红外短脉冲激光的小型医用太赫兹脉冲成像装置。
法国实施了NANO-TERA 项目，研究太赫兹波段信号处理装置。
德国高频物理与雷达技术研究所研制了工作频率0.22THz 的太赫兹成像雷达COBRA-220，作用距离500米，成像分辨率达到1.8厘米。
瑞典查尔姆斯科技大学基于倍频链路与外差接收链路制造了一部0.34THz的太赫兹成像雷达。
丹麦研究人员搭建了一套太赫兹准后向模拟目标散射测量系统，后向散射角约6.6 度，系统测试频率覆盖了0—3THz。
中国
我国对太赫兹技术的研究起步较晚，目前已开展太赫兹人体安检技术、太赫兹传感器研究。太赫兹人体安检仪在安检过程中能够实现无接触、不停留、无辐射的快速安检，且检测效率较高。参与研究生产的单位主要有首都师范大学、安徽博微长安电子有限公司、北京航天易联科技发展有限公司、中国电子科技集团公司第五十研究所、中国电子科技集团第三十八研究所等多家科研机构和企业。随着中国近几年科研技术水平的提升，我国太赫兹安检仪和国外的差距不断缩小。
我国对太赫兹传感器的鼓励支持政策力度不断加大，在“十四五”国家重点研发计划“智能传感器”重点专项中提出，针对特殊物质生化量检测难题，探索太赫兹增强传感新机理和新方法，推动太赫兹技术在医疗检测领域的运用。
在各国研究计划的带动下，太赫兹技术取得了重要突破，为其实用化与商业化奠定了基础。
太赫兹技术已经被国际科学界公认为是下一代IT 产业的基础，它在吸引各国科学家目光的同时，也吸引了不少大公司进军太赫兹技术商业化产品的开发。近年来太赫兹技术产业化发展迅猛，包括太赫兹辐射源、太赫兹探测器、太赫兹谱分析系统、太赫兹成像系统等产业化技术已经成功地应用于多个领域。目前世界上已经有超过80家的高科技公司研发销售太赫兹的相关产品，这些公司主要集中在美国和欧洲。
美国知名企业，包括IBM、VDI、Physical Science 公司等，纷纷将目光转向太赫兹产品的生产。IBM 公司开发出硅锗太赫兹微处理器芯片，室温下该芯片的时钟频率可达到0.35THz，远远高于标准的PC 处理器芯片，在低温环境下，该芯片能够获得更高的性能，时钟频率可达到0.5THz。VDI 公司主要生产太赫兹、毫米波固态振荡源及小型集成系统，产品频率最高能达到1.7THz，主要用于卫星通信、天文探测、气象监测、遥感成像等领域。由美国密歇根大学和斯坦福大学孵化出的Picometrix 公司主要生产太赫兹检测系统，通过太赫兹成像检查宇宙飞船外壁薄板内部缺陷，并已投入使用。
英国剑桥大学孵化出的高科技公司TeraView 从事太赫兹摄像机的开发，研制的TPI Imaga 1000 和TPI Imaga 2000 三维成像系统是国际上首批用于材料物理化学特性的太赫兹商业成像系统，可用于无损分析和检测。英国的ThruVision 公司专门从事有关太赫兹成像的商品化工作，开发出被动式太赫兹成像仪，目前已有商业化无源太赫兹成像系统。英国的EI公司已经生产出太赫兹气体激光器。
此外，德国、瑞士、法国等国也出现了多家生产太赫兹技术相关产品的公司。
