太赫兹技术综述

太赫兹波技术应用及发展简述2019 年 12 月1 太赫兹波简述1.1 太赫兹波背景太赫兹波是（THz）波是一种频率介于 0.1〜10THZ、波长介于 3000〜30pm 的电磁波。太赫兹波在电磁波谱中的位置位于微波与红外辐射之间（。如图 1 所示）由于太赫兹波直接在长波段与毫米波相重合，在短波段与红外光相重合，与之相应，其研究手段有电子学理论过渡为光子学理论。所以太赫兹波是宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，也是电子学向光子学的过渡区，称为电磁波谱的“太赫兹空隙（THzgap）”。可见光无线电波微彼太赫兹红外紫外X 射线1L■]10710B府 1010W"10]aIO11IOM1015lOlfr1017频率（Hz}图 1 电磁波谱中太赫兹波相对位置相对于电磁波谱中其余波，太赫兹波因其波长具有特殊性质。即对于非金属材料（陶瓷、木材、高分子化合物、纸、非极性液体）具有良好穿透性能；对于极性液体（水），表现出强烈的吸收性质;而对于金属材料，则表现出很高的反射性质。[1]这使得太赫兹波成为理想的透射成像媒质。目前，基于太赫兹波的性质，其被广泛应用于安全检查、航空航天、生物医学、雷达通信等领域，具有良好的发展前景。1.2 太赫兹波性质太赫兹波综合了电子学与光子学的优越性能，在保留其电磁波特性的基础下，具有许多不同于其他电磁波的性能，诸如指纹特性、高穿透性与生物安全性等独特的优势。A．指纹特性太赫兹波具有指纹特性,可以识别不同物质的分子结构信息。其原理如下：物质有分子构成，由于大多数物质的晶格振动等物理性质存在差异，且其数值范围恰好对应于太赫兹波范围中，因此每一种物质在太赫兹波段中的波段透射-吸收光谱的位置、强度和形状均不相同。[1]这种微小的差异可以识别出物质的变化，使得物质在太赫兹波的光谱中具有其独特性，太赫兹光谱由此被称为分子光谱综上所述，太赫兹波可以根据物质的物理性质对不同物质进行仔细甄别，基于该性质的太赫兹波光谱识别技术被广泛利用。图 2 常见金属物质晶格空间分布B．高穿透性太赫兹波作为电磁波，其波长较短，因此具有良好穿透性。根据目前的研究，太赫兹波对于有极电介质、无极电介质及金属导体的透射性有较大差别，这种差别一定程度上可以作为其检测物质的参考。实际上，有极电介质中分子正负电荷中心不重合，存在等效电偶极矩；金属导体内部存在大量自由电子，其与太赫兹波作用时会出现共振吸收现象。［1］这导致二者对于太赫兹波的穿透性低无极非金属介质内部不存在自由电子与等效电偶极...