THz行业

太赫兹技术发展简介


太赫兹


太赫兹THz波)或称为THz射线(太赫兹射线)是从上个世纪80年代中后期,才被正式命名的,在此以前科学家们将其归为远红外射线范围内。太赫兹波是指频率在0.1THz到10THz范围的电磁波,介于微波与红外之间。是电磁波谱中唯一没有获得较全面研究并很好加以利用的最后一个波谱区间,是人类目前尚未完全开发的电磁波谱“空白”区。


太赫兹技术


太赫兹技术是21世纪重大的新兴科学技术领域之一。THz技术被美国评为“改变未来世界的十大技术”之一,被日本列为“国家支柱十大重点战略目标”之首。

国际上已有一百多个研究组从事有关THz相关领域的的研究。美国国家基金会(NSF)、国家航天局(NASA)、国防部(DARPA)和国家卫生协会(NIH),日本,澳大利亚,Korea,Taiwen,中国等。

一、Thz技术主要应用领域

THz波在生物医学、物理学、化学、天文学、材料科学和环境科学等方面有着极其重要的应用。

(1)THz在生物医学上的应用具有很大的吸引力。在皮肤癌的诊断和治疗,DNA的探测,THz的医学应用,THz断层成像,THz生物化学应用,药物的分析和检测等方面都显示了其强大的功能和成效。基于对蛋白质及基因特性等的研究,可建立起THz生物分子诊断技术。从而极大推动分子生物学的发展,并在医疗及药品的研制鉴定方面有很大的应用前景。

万旭太赫兹

(2)由于生物大分子的振动和转动频率均在THz波段,而THz辐射技术又可提取DNA的重要信息,因此,THz在植物,特别是粮食选种,优良菌种的选择等方面可以起重要的作用。总之太赫兹科学技术对农业、食品加工等行业有重要意义。在中国,电子科技大学、四川农业大学、四川省农科院、欧华生物科技和电子科大科创有限公司联合申报了利用太赫兹技术引进富含果寡糖植物的项目。项目重点在于测定果寡糖的太赫兹特征光谱,引种、选育及产业化富含果寡糖的雪莲果。日前,该项目已经顺利通过了成都市科技局的审批。这标志着太赫兹技术在四川省的应用有了实质性的推进,对太赫兹产业化有着重要的意义。

(3)太赫兹波可以穿透烟雾,又可检测出有毒或有害分子,所以在环境监测和保护方面可以发挥重要作用。据报道,THz环境监控设备(利用CO2激光作为泵源产生的2.5THz)已安装在美国卫星上。

(4)THz在国家安全、反恐方面的应用有着独特的优势


无源太赫兹


利用THz可以穿透物质的特性,英国首先研制了THz摄像机并且已在机场安全检查方面进行试用,效果很好。一个叫做QinetiQ的公司使用毫米波照相机拍摄了一张全身着装的人的图像,标记出了隐藏着的枪支。太赫兹照相机被认为是类似的但更有用的。特别重要的是美国国家实验室(ORNL)和田纳西大学合作,开展“穿墙计划”,利用THz成像技术从外部获得墙内信息。显然,这项穿墙技术在国家安全方面有很重要的价值。此外,利用THz波谱可以快速、有效的检查和识别毒品,美国已开展用THz谱技术检查邮件等项目,包括THz化学和生物制品的检测。举例来说,一个装有白粉的信封裸眼看来是无法判定的。但是在太赫兹成像的帮助下,邮政工作能明确包裹装的粉末是兴奋剂还是阿斯匹林。在行李中爆炸物品将更轻易的被发现。

(5)THz在雷达和通信等方面的应用

THz在雷达和通信等方面的应用也有很大的潜力,THz在太空通信方面的巨大优势是没有疑问的。THz雷达在反隐身方面有特殊的功能。大功率THz辐射源的问题,这方面的研究工作是为THz雷达等做准备的。THz卫星太空成像和通信技术可能是今后大国关注的重要领域。

(6)THz应用于航天飞机可能故障的探测

哥伦比亚号航天飞机失事之后不久,根据航天飞机发射时拍摄的录像资料,提出了对失事原因的分析。美国一个实验室已进行了实验。所采用的THz脉冲中心频率为lTHz,频带宽度为3THz。经过多次实验,尤其是最近的对绝热泡沫层的成功探测,充分证明THz脉冲的确可以对航天飞机进行有效的无损探伤。我国太空发展计划肯定会需要这样的技术。

(7)太赫兹也有天文方面的应用

Herschel空间天文台,一颗计划于2008年发射的人造卫星,是应用太赫兹版本的哈勃太空望远镜。在智利,世界最大的望远镜阵列之一,阿塔卡马大型毫米波亚毫米波干涉阵(ALMA)正在构建着。它将检测太赫兹波长的电磁波,希望能发现宇宙初期的物体。

二、国内太赫兹研究实验室简介

前沿科技

超快光电子与太赫兹技术实验室(上海理工大学)(2001年成立)
太赫兹光电子学省部共建教育部重点实验室(首都师范大学)(2001年成立)
山东科技大学太赫兹技术研究中心(2003年成立)
深圳大学太赫兹技术研究中心(2005年成立)
中国科学院高功率微波源与技术重点实验室(2006年成立)
天津大学太赫兹研究中心(2006年成立)
北京市太赫兹波谱与成像重点实验室(2006年成立)
中国计量学院太赫兹技术与应用研究所(2006成立)
中国科学院太赫兹固态技术重点实验室(2010年成立)
北京市太赫兹与红外工程技术研究中心(首都师范大学物理系)(2011年成立)
生物医学和工程物理交叉实验室(2011)
中国工程物理研究院太赫兹科学技术研究中心(2012年成立)
中国科学院重庆绿色智能技术研究院太赫兹技术研究中心(2012年成立)
北京市毫米波与太赫兹技术重点实验室(2012年成立)
安徽华东光电技术研究所太赫兹技术院士工作站(2013年成立)
武汉光电国家实验室(筹)(华中科技大学)(2013年筹建)

三、国际太赫兹发展情况

目前,已经在全世界范围内形成了THz技术研究高潮。

新投资项目

(1)在美国国内有数十所大学都在从事THz的研究工作,特别是美国重要的国家实验室,都在开展THz科学技术的研究工作。美国国家基金会(NSF)、国家航天局(NASA)、能源部(DOE)和国家卫生学会(NIH)等从90年代中期开始对THz科技研究进行大规模的投入。

(2)英国的Rutherford国家实验室,剑桥大学、里兹大学、Strathclyde等十几所大学,德国的若干所大学,都积极开展THz研究工作。欧洲国家还利用欧盟的资金组织了跨国家的多学科参加的大型合作研究项目。在俄国国家科学院专门设立了一个THz研究计划,IAP,IGP及一些大学也都在积极开展THz研究工作。

(3)在亚洲国家和区域,韩国国立汉城大学、浦项科技大学、国立新加坡大学、台湾大学、台湾清华大学等都积极开展THz研究工作,并发表了不少有分量的论文。

(4)日本于2005年1月8日,公布了日本国十年科技战略规划,提出十项重大关键技术,将THz列为首位。东京大学、京都大学、大阪大学、东北大学、福井大学以及各公司都大力开展THz的研究与开发工作。

万旭实验室


(5)2015年由日本理研团队研发的前沿科技-无源太赫兹技术,由浙江万旭太赫兹技术有限公司引入国内,并进行二次研发创新,应用于多个领域,均取得突破性成果。

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