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太赫兹
一、什么是太赫兹波
太赫兹波(THz)又被称为'生命光线',是'光'能量的一种,是指波长在 3μm 到 1000μm 之间,频率为 0.1-10THz,介于微波与红外线之间的电磁波。太赫兹波不仅拥有与光相同的直进性,还具有与电波相似的穿透性和吸收性。
根据发射源和发射方法的不同,太赫兹波分为两种:
1、医学诊断及成像
传统的人体透视和摄片都使用X射线,但X射线对人体会带来副作用。太赫兹波也具有类似X射线的穿透能力,但其光子能量小,对人体的辐射能量比X光小100万倍,因此不会对人体造成辐射性伤害。另外,X光穿透性很强,无法细致区分正常细胞与癌细胞,超声波穿透性又稍弱,照射不到细胞内部,只能“看到”直径大于1毫米的癌症肿瘤。而太赫兹波却恰好能够检测到细胞内部生化信号的变化,分辨出正常细胞和癌细胞的不同。
2、反恐与安全检查
太赫兹可以轻易穿透塑料、衣物、纸盒等非极性和非金属材料,能有效探测和识别出藏在包裹、信件和衣服中的枪支、毒品、炸药等危险品。虽然太赫兹不能完全代替X光,但却有X光做不到的一些优势。X光和超声波能发现物质的轮廓和状态,却无法侦测到物体的化学性质,无法分辨爆炸物品和药品的区别,然而太赫兹却可以做到,这对国际上的反恐斗争具有特别的意义。
目前,利用太赫兹遥感能准确发现30米内的爆炸物品,这是远远优于其他安检手段的。美国ProVision系列已在欧美多个机场投入使用,而国内相关院所也在陆续开发具有自主知识产权的安检样机,相信不久的将来可以实现批量的市场化投放。
3、通信雷达
太赫兹波是很好的宽带信息载体,在网络通信方面有很大的应用前景,尤其在卫星间、星地间的无线通信,高速局域网通信方面具有巨大优势。太赫兹波的频率是目前手机通信频率的1000倍左右,利用太赫兹波实现超宽带高速无线通信。当前,国际通讯联盟已指定下一代地面无线通信的频段0.12 THz,太赫兹技术将成为6G或7G通讯的基础,人类将全面进入太赫兹通信时代。图中所示为日本NTT公司开发的120 GHz通信系统,已经在千米距离实现了10 Gbps的无线通信,并应用于2008年北京奥运会的节目转播。
4、射电天文
太赫兹在天文遥感中应用潜力具有很大的吸引力。在宇宙中,大量的物质在发出太赫兹电磁波,如下图所示,来自星际物质的太赫兹波会包含各种气态分子的信息。通过对碳、水、一氧化碳、氮、氧等大量分子在太赫兹波段进行探测,可以获得气态分子压力、温度、气流速度等信息,也可以获得由星际尘埃构成的螺旋星系的空间结构。此外,遥远星系的辐射由于宇宙膨胀偏移到了太赫兹波段,因此利用太赫兹波还可以探测宇宙的演化。
5、人体健康