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3分鐘了解太赫茲技術

2020-10-24 15:54:33 來源:

TAGS關鍵字:太赫茲安檢

[摘要]太赫茲波,這個電磁波里最神秘的存在,被認為未來將顛覆安檢、通信、生物醫學等諸多行業,受到政府、科研界和產業界的多方關注。近日,河北省政府印發《關于加快推進工業轉型升級建

太赫茲波,這個電磁波里最神秘的存在,被認為未來將顛覆安檢、通信、生物醫學等諸多行業,受到政府、科研界和產業界的多方關注。iZh安檢之家

近日,河北省政府印發《關于加快推進工業轉型升級建設現代化工業體系的指導意見》,其中提到要面向未來,超前布局、研發、儲備一批引領產業變革的顛覆性技術,積極培育發展量子通信、太赫茲、石墨烯、增材制造等未來產業。iZh安檢之家

那么現在太赫茲技術發展如何了?未來的技術走向和應用場景是怎樣的?iZh安檢之家

太赫茲(Terahertz,簡稱THz,1 THz=1012 Hz)波是指頻率范圍在0.1-10 THz,相應的波長在3 mm-30 μm,介于毫米波和紅外光學之間的電磁波譜區域。隨著現代科學技術的發展,人們對毫米波和紅外光的研究不斷深入,其器件和應用技術日趨成熟,形成了毫米波和紅外光學兩大應用和研究領域。iZh安檢之家

然而在毫米波和紅外光之間的太赫茲頻譜區域,由于缺乏高效的太赫茲輻射源、探測器及功能器件,豐富的太赫茲頻譜資源尚未被充分開發利用,成為當前學術界的研究熱點。iZh安檢之家

太赫茲技術的研究主要集中在太赫茲輻射、太赫茲探測、太赫茲通信和太赫茲成像等方面。其中,高效的太赫茲輻射源和探測技術是推動太赫茲技術走向應用的關鍵。iZh安檢之家

太赫茲輻射技術iZh安檢之家

在太赫茲諸多技術的研究中,太赫茲輻射源的研究占據了很重要的位置。太赫茲輻射的產生主要有3種途徑:iZh安檢之家

●基于電子學技術的太赫茲輻射源,包括返波管、耿氏振蕩器以及固態倍頻源等,這是毫米波技術向高頻方向的擴展,這類太赫茲輻射源工作于1 THz以下,輸出功率通常在數十微瓦到毫瓦量級;iZh安檢之家

●基于光子學技術的太赫茲輻射源,包括量子級聯激光器、自由電子激光器和氣體激光器等,這是激光技術向低頻方向的延伸,這類太赫茲輻射源輸出功率較大,具有很好的應用潛力?;谔掌澕す馄鞯墓忸l梳技術在高分辨成像和成譜應用方面的前景廣闊;iZh安檢之家

●基于超快激光技術的太赫茲輻射源,這類技術是1 THz附近向高頻和低頻方向同時發展的太赫茲輻射源技術,這類太赫茲輻射源具有脈寬窄、峰值功率高等優點,但是存在能量轉換效率和平均輸出功率低的問題。iZh安檢之家

因此,探索實現室溫、高輸出功率、連續可調諧和小型化的輻射源將大大促進太赫茲技術的研究,也是當前太赫茲領域的重要發展目標。iZh安檢之家

太赫茲探測技術iZh安檢之家

太赫茲探測技術也是太赫茲技術研究的一個重要組成部分,它涉及到物理學、光電子學、材料科學和半導體技術等,是一門綜合性很強的技術。按照探測的原理可以分為太赫茲熱探測器和太赫茲光子型探測器兩大類。iZh安檢之家

●太赫茲熱探測器的工作原理為:探測材料吸收太赫茲輻射,引起材料溫度、電阻等參數的改變,再將其轉換為電信號。iZh安檢之家

常見的太赫茲熱探測器主要包括氘化硫酸三甘肽焦熱電探測器、微機械硅bolometer 探測器以及鉭酸鋰焦熱電探測器、超導隧道結和熱電子混頻器等。iZh安檢之家

●在太赫茲光子探測器中,電磁輻射被材料中的束縛電子或自由電子直接吸收,引起電子分布的變化,進而給出電信號輸出。iZh安檢之家

常見的太赫茲光子探測器有太赫茲量子阱探測器、肖特基二極管和高遷移率晶體管等離子體波太赫茲探測器等。熱探測器的極限探測靈敏度與探測器工作溫度成正比,因此高靈敏太赫茲熱探測器需要低溫工作。iZh安檢之家

太赫茲光子探測器通常有高的損傷閾值和大的線性響應范圍,探測靈敏度和響應速度間不存在相互制約,可以同時具備高探測靈敏度和快速響應能力。iZh安檢之家

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超導HEB 混頻器的顯微放大圖iZh安檢之家

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THz量子阱探測器工作原理示意圖:(a)器件結構;(b)器件能帶結構和工作原理iZh安檢之家

太赫茲通信技術iZh安檢之家

太赫茲通信技術建立在傳統無線通信的基礎之上,由于太赫茲通信系統具有帶寬大、傳輸速率高、保密性好等特點,隨著現代社會對無線通信速率的要求不斷提高,利用太赫茲波作為載波進行無線通信成為現代通信技術發展的必然。太赫茲通信的應用場景包括短<距離高速無線通信、空間通信和復雜軍事環境條件下的保密通信等。

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