太赫兹波科学与技术周泽魁，等 太赫兹波科学与技术 Science and Technobgy of Te rahertzWave 周泽魁张同军张光新 (新江大学信息科学与工程学院自动化仅表研究所杭州310027) 摘要：太赫兹波是一个非常有科学价值但尚未被完全认识和利用的电磁辐射区域它在成像医学诊断、安全检查，信息通信、空间 并简单 将 中图分类号：04343 文献标识码A Abstract Temahertzw ane is an electmm agne tie radiation areaw ith sinifieant scientific value but has not been full develped Its applica ete The unie charace ristic ad he appaas of terhertzwave ane genemy intdueed and hemechanim andm eholobgy of gen eratica and deecton of eraertz wave are weviewed The devekoing trend of terhertz tecnobey is briefl dicussed It is sail tat emhet wave is me of ten technolgies nfbencing hm itu n 2 cmnury and itw illmaue gadually ad be app lied wiey in oming decades Keywords Temhert wave Geneation of erahet wave Derction of temhertz wave haging 的手段，闲此20世纪末对于太赫兹波段的研究取得了 0引言 很大的进展。尽管目前太赫兹波科学技术还远未成 太赫兹波（又称Hz波、T射线）通常是指频率在 熟，但是其重要的理论研究价值和广泛的应用前景已 01~10Hz(1THz=102Hz)范围内的电磁辐射，在 经引起了学术界的普遍关注和极大兴趣对于该波段 电磁波谱上位于微波和红外线之间，如图1所示 的研究已成为 21世纪科学研究最前沿的领域之一 H2频段是 个非常有科学价值但尚未被完全认识和 利用的最后一个电磁辐射区域。许多年来，由于缺习 1太赫滋被的独特性质 切实可行的TH波产生方法和检测手段，人们对Hz 太赫兹波的颊率范围处于电子学与光子学的交叉 波段的特性知之甚少，以致于该波段被称为电磁波谱 区域。在长波方向，它与毫米波有重叠：在短波方向， 中的“Hz空隙” 它与红外线有重叠。在顿域上，太林兹处于宏观经典 理论向微观量子理论的过渡区。由于其所处的特殊位 置，太赫兹波表现出一系列不同于其他电磁辐射的特 殊性盾. ①THz脉冲的典型脉宽在亚皮秒量级，不但可以 方便地对各种材料（包括液体、半导体、超导体，生物 图】电磁波 样品等进行亚皮秒、飞秒时间分排的瞬态光谱研究。 而且通过取样测量技术，能够有效地抑制背景辐射噪 太赫兹波段位于电子学与光子学的交界处，用传 音的干扰，得到具有很高信噪比（大于）太赫兹电磁逻 统的电子学和光学方法均难以产生和检测太赫兹波. 时域谱，并且具有对黑体辐射或者热背景不敏感的优 20世纪90年代以后，激光技术.量子阱技术和化合物 点 半导体等技术的发展，为太赫兹辐射提供了稳定，可靠 ②Hz脉冲通常只包含若干个周期的电磁振荡， 的激发光源。由超快激光技术发展出来的太赫兹时域 单个脉冲的频带可以覆盖从GH至几十Hz的范围， 光谱技术(Hz-DS)为太赫兹波的研究提供了有效 便于在大范围里分析物质的光谱性质： 《自动化仪表第27卷第3期2003 Electronie Publishing House All rights www.cnki.nd
《自动化仪表》第 27卷第 3期 2006年 3月 太赫兹波科学与技术 Science and Techno logy o f Te rahertzWave 周泽魁 张同军 张光新 (浙江大学信息科学与工程学院自动化仪表研究所, 杭州 310027) 摘 要 :太赫兹波是一个非常有科学价值但尚未被完全认识和利用的电磁辐射区域, 它在成像、医学诊断、安全检查 、信息通信 、空间 天文学乃至军事等领域都有着广阔的应用前景。从总体上介绍了太赫兹波的独特性质、应用领域 , 阐述了太赫兹波的产生、太赫兹波 探测的机理和方法 , 并简单讨论了太赫兹技术的发展前景:被誉为 21世纪影响人类未来的十大技术之一的太赫兹波科学技术, 将会 在未来的数十年间逐渐成熟并得到广泛的应用。 关键词 :太赫兹波 太赫兹波的产生 太赫兹波的探测 成像 中图分类号 :O434. 3 文献标识码:A Abstract:Terahertzw ave is an electrom agne tic radiation areaw ith significant scientific value, but has not been fully developed. Its applications possessw ide prospects in imag ing, medical diagnosis, security inspec tion, informa tion communica tion, astronomy and m ilitary research, e tc. The unique cha racte ristics and the app licab le a reas of terahertzwave are genera lly introduced, and the mechanism andm ethodo logy of gene ration and de tection of terahe rtz wave are reviewed. The developing trend o f terahertz techno logy is briefly discussed. It is sa id that terahe rtz wave is one o f ten techno log ies influencing hum an future in 21 century, and itw illm ature gradua lly and be app lied w ide ly in com ing decades. K eywords:Terahertz wave Generation of terahe rtz wave De tection of terahertz wave Imaging 0 引言 太赫兹波 (又称 TH z波 、T射线 )通常是指频率在 0. 1 ～ 10 TH z (1 TH z =10 12 H z)范围内的电磁辐射 ,在 电磁波谱上位于微波和红外线之间 , 如图 1所示 [ 5〗。 TH z频段是一个非常有科学价值但尚未被完全认识和 利用的最后一个电磁辐射区域 。许多年来 ,由于缺乏 切实可行的 TH z波产生方法和检测手段 ,人们对 TH z 波段的特性知之甚少 ,以致于该波段被称为电磁波谱 中的 “TH z空隙 ”。 图 1 电磁波谱 Fig. 1 E lec trom agnetic spec trum 太赫兹波段位于电子学与光子学的交界处 , 用传 统的电子学和光学方法均难以产生和检测太赫兹波 。 20世纪 90年代以后 ,激光技术 、量子阱技术和化合物 半导体等技术的发展 ,为太赫兹辐射提供了稳定 、可靠 的激发光源 。由超快激光技术发展出来的太赫兹时域 光谱技术 (TH z - TDS)为太赫兹波的研究提供了有效 的手段 ,因此 20世纪末对于太赫兹波段的研究取得了 很大的进展 。尽管目前太赫兹波科学技术还远未成 熟 ,但是其重要的理论研究价值和广泛的应用前景已 经引起了学术界的普遍关注和极大兴趣 , 对于该波段 的研究已成为 21世纪科学研究最前沿的领域之一 。 1 太赫兹波的独特性质 太赫兹波的频率范围处于电子学与光子学的交叉 区域 。在长波方向 ,它与毫米波有重叠 ;在短波方向 , 它与红外线有重叠 。在频域上 ,太赫兹处于宏观经典 理论向微观量子理论的过渡区 。由于其所处的特殊位 置 ,太赫兹波表现出一系列不同于其他电磁辐射的特 殊性质 : ① THz脉冲的典型脉宽在亚皮秒量级 ,不但可以 方便地对各种材料 (包括液体 、半导体 、超导体 、生物 样品等 )进行亚皮秒 、飞秒时间分辨的瞬态光谱研究 , 而且通过取样测量技术 ,能够有效地抑制背景辐射噪 音的干扰 ,得到具有很高信噪比 (大于 )太赫兹电磁波 时域谱 ,并且具有对黑体辐射或者热背景不敏感的优 点 ; ② TH z脉冲通常只包含若干个周期的电磁振荡 , 单个脉冲的频带可以覆盖从 GH z至几十 TH z的范围 , 便于在大范围里分析物质的光谱性质 ; 1 太赫兹波科学与技术 周泽魁 ,等
太赫滋波科学与技术周泽魁，等 ③TH波的相干性源于其产生机制，它是由相干 年代由AT&TBe实验室和M的T.I W atson研究 电流驱动的偶极子派荡产生，或是由相干的激光脉冲 中心发展起来的，是最新的太赫兹技术。H?-D 桶非线性光学差频效应产生与传统的光学方法仅 技术且有很名优占，如大带、高信比，可在室温下工 仅测量出某一频率光的强度不同，Hz波的时域光 作等，这些优点促成了TH2-TDS技术越来越多的应 技术(Hz-DS)直接测量Hz波的时域电场.通过 用，目前Hz-DS技术主要应用在研究材料在H 傅立叶变换给出Hz波的振幅和相位。因此，无需使 波段的性质及物理现象，此外也用于H成像系统 用Kmes-Knig色散关系，就可以提供介电常数的 Hz-TDS技术利用Hz脉冲透射样本或者从样 实部和虚部。这使测得的与THz波相互作用的介质 本上反射.测量由此产生的H时域申场通讨傅立 折射率和吸收系数变得更精确 变换获得频域上幅度和相位的变化量，进而得到样本的 ④H被的光子能量较低.1Hz频率处的光子 信息.典型的H时域透射光谱系统如图2所示 能量大约只有4m比X射线的光子能量弱 倍。因此州z波不会对生物组织产生导致电离和破 坏的有害光，特别活合于对生物组织讲行活体检 z光子能量约为可见光，用z做信息载 体比用可见光和近中红外光能量效率高得多： ⑤H波是具有量子特性的电磁波，具有类似微 被的穿透能力.同时又具有类似光波的方向性，H 图2Hz时城光请系统 波也可以被特定的准光学器件反射，聚焦和准直，可以 Fig 2 THz -TDS systm 在特定的波导中传输。z波对于很多非极性物质具 太赫兹时域光谱技术作为最新的太赫兹技术，近 有较强的穿透能力，可以穿透很多对于可见光和红外 年来已经得到了相当的发展和应用。但是目前TH 线不透明的物质如塑料、陶瓷、有机织物、木材，纸升 DS技术的光谱分辨率与窄波段技术相比还很粗 等，因而可用来对已经包装的物品进行质检或者用于 糙。其可以测量的频谱范围也比傅立叶变换光普 安全拾查Ⅲ (TS)书术小。提高光善分辨率和扩大测量频谱范用 ⑥凝聚态体系的声子吸收很多位于TH波段，自 将是未来THz-DS技术发展的主要方向. 由申子对H,波也有很强的吸收和散射.太林兹时域 22H成像技术1 光谱技术是一个研究凝聚态材料中物理过程的很好的 z波广泛应用于无损检测领域，因此各种 TH 工具，特别是许多有机分子在H波段呈现出强烈 波成像技术成为H波应用技术中最主要的研究方 的吸收和色散特性，不同分子对于H波的吸收和色 向3-.THz波成像技术有很多种，不同的Hz波成 特性是与分子的振动和转动能级有关的偶极跃迁相联 像技术有着不同的应用，但目前这些成像技术大多尚 系的，而分子的偶极跃千犹如人的指纹，是千差万别的. 在研究中，主要有， 因此可以通过光谱分析实现分子的识别，就如同识别 ①用光电导偶极子的T射线常规成像技术 的指纹一样。Hz光谱通过介电函数的实部和虚部来 ②用CCD摄像机的电光T射线成像技术： 描术分子的转动和据动9-0大多数极性分子加水 ③使用单周期脉冲T射线通过时间反演进行物 子，氨分子等对H辐射有强烈的吸收，可以通过分析 体重构的成像技术 它们的特征谱研究物质成分或者讲行产品质量控制山 ④利用基尔蛋夫移动的T射线反射成像技术 ⑤动态孔径和暗场T射线成像技术 2太赫兹波的应用技术 ⑥T射线计算机层析成像技术，简称T射线CT z波频率很高（波长比微波小1000倍以上 ⑦T射线衍射层析成像技术，简称T射线DT 因而其空间分辨率很高：THz脉冲很短（飞秒级人因 ⑧T射线显微镜成像技术，利用近场技术等于 而TH辐射又具有很高的时间分辨率。H,时域光谱 段，分朝率可以达到微米： 技术和TH成像技术就构成了Hz应用的两个主要 ⑨50-200m的T射线成像技术 关键技术 21THz时域光谱技术 3太赫兹波的应用领域 太赫兹时域光谱(Hz-DS)技术是20世纪80 Hz时域光谱技术和Hz成像技术在很多基础研 2-2015 China Academie Journal PRO CESS AUTOMATDN N STRUM ENTAT DN Vol 27 No 3 M ard 2006
PROCESS AUTOMATION IN STRUM ENTATION Vo.l 27 No. 3 M arch 2006 ③ TH z波的相干性源于其产生机制 ,它是由相干 电流驱动的偶极子振荡产生 , 或是由相干的激光脉冲 通过非线性光学差频效应产生 。与传统的光学方法仅 仅测量出某一频率光的强度不同 , TH z波的时域光谱 技术 (TH z - TDS)直接测量 TH z波的时域电场 , 通过 傅立叶变换给出 TH z波的振幅和相位 。因此 ,无需使 用 Kram ers-K ronig色散关系 ,就可以提供介电常数的 实部和虚部 。这使测得的与 TH z波相互作用的介质 折射率和吸收系数变得更精确 ; ④ TH z波的光子能量较低 , 1 TH z频率处的光子 能量大约只有 4mV,比 X射线的光子能量弱 10 7 ～ 10 8 倍 。因此 TH z波不会对生物组织产生导致电离和破 坏的有害 光 , 特 别适合 于对 生物组 织进 行活 体检 查 [ 7 ～ 8〗。 TH z光子能量约为可见光 , 用 TH z做信息载 体比用可见光和近中红外光能量效率高得多 ; ⑤ TH z波是具有量子特性的电磁波 ,具有类似微 波的穿透能力 , 同时又具有类似光波的方向性 。 TH z 波也可以被特定的准光学器件反射 、聚焦和准直 ,可以 在特定的波导中传输 。 TH z波对于很多非极性物质具 有较强的穿透能力 ,可以穿透很多对于可见光和红外 线不透明的物质如塑料 、陶瓷 、有机织物 、木材 、纸张 等 ,因而可用来对已经包装的物品进行质检或者用于 安全检查 [ 11〗; ⑥ 凝聚态体系的声子吸收很多位于 TH z波段 ,自 由电子对 TH z波也有很强的吸收和散射 ,太赫兹时域 光谱技术是一个研究凝聚态材料中物理过程的很好的 工具 [ 6〗。特别是许多有机分子在 TH z波段呈现出强烈 的吸收和色散特性 ,不同分子对于 TH z波的吸收和色散 特性是与分子的振动和转动能级有关的偶极跃迁相联 系的 ,而分子的偶极跃迁犹如人的指纹 ,是千差万别的 , 因此可以通过光谱分析实现分子的识别 ,就如同识别人 的指纹一样 。 TH z光谱通过介电函数的实部和虚部来 描述分子的转动和振动 [ 9～ 10〗。大多数极性分子如水分 子 、氨分子等对 TH z辐射有强烈的吸收 ,可以通过分析 它们的特征谱研究物质成分或者进行产品质量控制 [ 1] 。 2 太赫兹波的应用技术 TH z波频率很高 (波长比微波小 1 000倍以上 ), 因而其空间分辨率很高 ;TH z脉冲很短 (飞秒级 ),因 而 TH z辐射又具有很高的时间分辨率 。 TH z时域光谱 技术和 TH z成像技术就构成了 TH z应用的两个主要 关键技术 。 2. 1 TH z时域光谱技术 太赫兹时域光谱 (TH z - TDS)技术是 20世纪 80 年代由 AT＆T、Be ll实验室和 IBM 的 T. J. W atson研究 中心发展起来的 ,是最新的太赫兹技术 [ 1] 。 TH z - TDS 技术具有很多优点 ,如大带宽、高信噪比 、可在室温下工 作等 ,这些优点促成了 THz - TDS技术越来越多的应 用 。目前 TH z - TDS技术主要应用在研究材料在 TH z 波段的性质及物理现象 ,此外也用于 TH z成像系统 。 TH z -TDS技术利用 TH z脉冲透射样本或者从样 本上反射 ,测量由此产生的 TH z时域电场,通过傅立叶 变换获得频域上幅度和相位的变化量 ,进而得到样本的 信息 [ 2〗。典型的 TH z时域透射光谱系统如图 2所示 。 图 2 TH z时域光谱系统 Fig. 2 TH z - TDS sy stem 太赫兹时域光谱技术作为最新的太赫兹技术 ,近 十年来已经得到了相当的发展和应用 。但是目前 TH z - TDS技术的光谱分辨率与窄波段技术相比还很粗 糙 ,其可以 测量的 频谱 范围也 比傅 立叶 变换 光谱 (FTS)技术小 。提高光谱分辨率和扩大测量频谱范围 将是未来 TH z- TDS技术发展的主要方向 。 2. 2 TH z成像技术 [ 19〗 TH z波广泛应用于无损检测领域 , 因此各种 TH z 波成像技术成为 TH z波应用技术中最主要的研究方 向 [ 3 ～ 4〗。 TH z波成像技术有很多种 ,不同的 TH z波成 像技术有着不同的应用 ,但目前这些成像技术大多尚 在研究中 ,主要有 : ① 用光电导偶极子的 T射线常规成像技术 ; ② 用 CCD摄像机的电光 T射线成像技术 ; ③ 使用单周期脉冲 T射线通过时间反演进行物 体重构的成像技术 ; ④ 利用基尔霍夫移动的 T射线反射成像技术 ; ⑤ 动态孔径和暗场 T射线成像技术 ; ⑥ T射线计算机层析成像技术 ,简称 T射线 CT; ⑦ T射线衍射层析成像技术 ,简称 T射线 DT; ⑧ T射线显微镜成像技术 , 利用近场技术等手 段 ,分辨率可以达到微米 ; ⑨ 50 ～ 200 m的 T射线成像技术 。 3 太赫兹波的应用领域 TH z时域光谱技术和 TH z成像技术在很多基础研 2 太赫兹波科学与技术 周泽魁 ,等
太赫兹波科学与技术周泽魁，等 究领域、生物医学领域、公共安全领域，信息通信领域 的星系（如银河系等）就充满了这样的宇宙尘埃，因此 甚至军事领域中都有着广阔的应用前景， 观测和分析这些太赫兹波段的辐射就成为天文学家可 31医学领域 究字宙的一个重要手段。 美国国家射电天文观测局和利 由于日波具有类似X射线的宾诱能力.而日其 几个国际合作组织计划律立一个1500G用z的地面 光子能量较低，没有X射线对活体组织的破坏作用， 电望远镜用于天文观测 小型太赫兹波空间探测器则 因此TH波成像技术已经成为医学检查的一个有效 可用于小行星和彗星深测，欢洲航天局计划发射的 工具，癌变组织和正常组织的H,波具有不同的报 星R0a将携带一个562GH,的太赫兹波探测翠.用 幅，波形和时间延迟，对人体组织器官进行THz成像 来观测 m彗星头部和尾部的水蒸汽和碳化物 可以从中得到肿瘤的大小和形状，可做出肿瘤的早期 由于太赫兹波的波长较短，使得无论是地面的还是车 诊断。目前英国剑桥大学、日本东芝欧洲研究院等机 间的太赫兹波探测器的尺寸比传统的射电探测器小。 构已经实现了对皮肤癌，乳腺癌和牙齿等的Hz波成 但却不影响其观测质量和分辨能力。美国NASA的 像，获得的图像成为外科诊断和治疗的重要依据， Aua卫星上载有一个24THz的激光器，用以测量同 32安全检查领域 温层内0州的浓度和分布等 由于物质的H光谱具有指纹特性，因而可以远 35其他领域 用H2时域光谱技术检测包裹或信件中的毒品、爆灼 Hz技术还可应用于国防军事领域，如THz雷边 物以及生物化学危险品等。并且可实现非接触，非 分辨率很高，可成为未来高精度雷达的发展方同，可 破坏性的探测.美国911事件后，在信封中夹带生物 完成远程监视、武器探测以及在战场上显示前方灰 病毒的恐怖活动曾引起了极大的恐慌和混乱，而叫 或烟雾中的坦克等任务 波探测技术为防止此类恐怖活动提供了一个有力的工 大气层中的水，氧气，氨化物，气化物笔同样辐 具。同样的方法还可用于多种生物大分子以及基因的 Hz波，通过卫星携带的Hz波探测器，可以对大气中 分析与鉴别， 这些气体的含量及分布等进行监测，从而为近年来引 波可以穿诱衣物、纸盒、潮料介质，而 起广泛关注的全球气候变暖、臭氧层消失等世界性的 态水，金属等对于Hz波具有强烈的吸收，因此H 环境问题，提供大量第 一手的数据和资料 波成像可以作为X射线成像、金属探测器的石补技术 Hx波在物理学、等离子熔融诊断学，电子束诊断 运用于机场、海关等处的安全检查。 目前英国创桥大 学及H波显微成像学等研究领域也有着广泛应用 学已经获得了人体的日波诱视图象 前景」 33信领域 波在通信方面的应用（如卫星间通信，短程大 4太赫兹波的产生 气通信，短程地面无线局域网通信等)一直号到名方 H波的产生是TH,科学技术的关罐。缺乏大功 面的高度重视。Hz波是很好的宽带信息载体，它比 率，低成本、便携式的室温发射源是当前THz技术发 微波的带宽和讯道数多得多，特别适合用作卫星间、星 展的最主要的障碍，常见的用于产生Hz的方法主 地间及局域网的宽带无线诵信 要有宽带脉冲技术和窄带连续波技术 Hz波用于通信可以获得10Gbps的无线传输速 41宽频带太赫兹发射源 度，这比当前的超宽带技术还要快几百到一千倍。与 大多数宽带H,发射题都是基于不同材料的帮 可见光和红外线相比，TH波同时具有极高的方向性 短微光脉冲号激发射原理。如光电导偶极天线技术 以及较强的云雾穿透能力，因而Hz通信可以以极高 光学整流效应，半导体表面技术，等离子体振荡、非线 的带宽讲行高保密卫星通信。由于金属和水对于日： 性传输线竿 波有强烈的吸收，山z波无线通信技术非常适合用于 ①20世纪90年代初，D.H.Auston D.Gc 军事保密通信 kow sky等人用光电导偶极天线技术产生了Hz电磁 34天文学领域 辐射脉冲.这种方法是现阶段产生和探测波的 Hz是射电天文学极其重要的频段，美国国家新 最常用方法 。其基本原理是：在光电导半导体材 空航天局(NASA)对于字宙背景辐射的研究结果表 料表面淀积金属制成偶极天线电极。用光子能量大于 明，在可观测的星系辐射中，亚毫米波和太赫兹波占相 半导体禁带宽度的超短脉冲激光泵浦半导体材料（如 当大的比例，这些辐射大多来自低温的宇宙尘埃，较老 低温牛长有aA等，中半导本材立牛电平-李六 自动化仪表第7卷第3期2006年3
《自动化仪表》第 27卷第 3期 2006年 3月 究领域 、生物医学领域 、公共安全领域 、信息通信领域 甚至军事领域中都有着广阔的应用前景 。 3. 1 医学领域 由于 TH z波具有类似 X射线的穿透能力 , 而且其 光子能量较低 , 没有 X射线对活体组织的破坏作用 , 因此 TH z波成像技术已经成为医学检查的一个有效 工具 。癌变组织和正常组织的 THz波具有不同的振 幅 、波形和时间延迟 , 对人体组织器官进行 TH z成像 , 可以从中得到肿瘤的大小和形状 , 可做出肿瘤的早期 诊断 。目前英国剑桥大学 、日本东芝欧洲研究院等机 构已经实现了对皮肤癌 、乳腺癌和牙齿等的 TH z波成 像 ,获得的图像成为外科诊断和治疗的重要依据 。 3. 2 安全检查领域 由于物质的 TH z光谱具有指纹特性 , 因而可以运 用 TH z时域光谱技术检测包裹或信件中的毒品 、爆炸 物以及生物化学危险品等 [ 12〗。并且可实现非接触 、非 破坏性的探测 。美国 911事件后 ,在信封中夹带生物 病毒的恐怖活动曾引起了极大的恐慌和混乱 ,而 TH z 波探测技术为防止此类恐怖活动提供了一个有力的工 具 。同样的方法还可用于多种生物大分子以及基因的 分析与鉴别 。 TH z波可以穿透衣物 、纸盒 、塑料等电介质 , 而液 态水 、金属等对于 TH z波具有强烈的吸收 , 因此 TH z 波成像可以作为 X射线成像 、金属探测器的互补技术 运用于机场 、海关等处的安全检查 。目前英国剑桥大 学已经获得了人体的 TH z波透视图象 。 3. 3 通信领域 TH z波在通信方面的应用 (如卫星间通信 、短程大 气通信 、短程地面无线局域网通信等 )一直受到各方 面的高度重视 。 THz波是很好的宽带信息载体 , 它比 微波的带宽和讯道数多得多 ,特别适合用作卫星间 、星 地间及局域网的宽带无线通信 。 TH z波用于通信可以获得 10Gbps的无线传输速 度 ,这比当前的超宽带技术还要快几百到一千倍 。与 可见光和红外线相比 , TH z波同时具有极高的方向性 以及较强的云雾穿透能力 ,因而 TH z通信可以以极高 的带宽进行高保密卫星通信 。由于金属和水对于 TH z 波有强烈的吸收 , TH z波无线通信技术非常适合用于 军事保密通信 。 3. 4 天文学领域 TH z是射电天文学极其重要的频段 ,美国国家航 空航天局 (NASA)对于宇宙背景辐射的研究结果表 明 ,在可观测的星系辐射中 ,亚毫米波和太赫兹波占相 当大的比例 ,这些辐射大多来自低温的宇宙尘埃 ,较老 的星系 (如银河系等 )就充满了这样的宇宙尘埃 ,因此 观测和分析这些太赫兹波段的辐射就成为天文学家研 究宇宙的一个重要手段 。美国国家射电天文观测局和 几个国际合作组织计划建立一个 1 500 GH z的地面射 电望远镜用于天文观测 。小型太赫兹波空间探测器则 可用于小行星和彗星探测 ,欧洲航天局计划发射的卫 星 Rose tta将携带一个 562GH z的太赫兹波探测器 ,用 来观测 W irtanen彗星头部和尾部的水蒸汽和碳化物 。 由于太赫兹波的波长较短 ,使得无论是地面的还是空 间的太赫兹波探测器的尺寸比传统的射电探测器小 , 但却不影响其观测质量和分辨能力 。美国 NASA 的 Aura卫星上载有一个 2. 4 TH z的激光器 , 用以测量同 温层内 OH -的浓度和分布等 。 3. 5 其他领域 TH z技术还可应用于国防军事领域 , 如 THz雷达 分辨率很高 ,可成为未来高精度雷达的发展方向 ,可以 完成远程监视 、武器探测以及在战场上显示前方灰尘 或烟雾中的坦克等任务 。 大气层中的水 、氧气 、氮化物 、氯化物等同样辐射 TH z波 ,通过卫星携带的 TH z波探测器 ,可以对大气中 这些气体的含量及分布等进行监测 , 从而为近年来引 起广泛关注的全球气候变暖 、臭氧层消失等世界性的 环境问题 ,提供大量第一手的数据和资料 。 TH z波在物理学 、等离子熔融诊断学 、电子束诊断 学及 TH z波显微成像学等研究领域也有着广泛应用 前景 。 4 太赫兹波的产生 TH z波的产生是 TH z科学技术的关键 。缺乏大功 率 、低成本 、便携式的室温发射源是当前 TH z技术发 展的最主要的障碍 。常见的用于产生 TH z的方法主 要有宽带脉冲技术和窄带连续波技术 。 4. 1 宽频带太赫兹发射源 大多数宽带 TH z发射源都是基于不同材料的超 短激光脉冲受激发射原理 。 如光电导偶极天线技术 、 光学整流效应 、半导体表面技术 、等离子体振荡 、非线 性传输线等 。 ① 20 世纪 90 年代初 , D. H. Auston、D. G rischkow sky等人用光电导偶极天线技术产生了 TH z电磁 辐射脉冲 。这种方法是现阶段产生和探测 TH z波的 最常用方法 [ 13 ～ 14〗。其基本原理是 :在光电导半导体材 料表面淀积金属制成偶极天线电极 , 用光子能量大于 半导体禁带宽度的超短脉冲激光泵浦半导体材料 (如 低温生长的 GaAs等 ),使半导体材料产生电子 -空穴 3 太赫兹波科学与技术 周泽魁 ,等
太赫兹波科学与技术周泽魁，等 对。被激发的自由载流子在该外加偏置电压的作用下 频率差值的光电流-22。当频率差位于THz波段时， 辐射出具有皮秒脉宽的THz电磁辐射脉冲，并通过天 光电流可沿着发射线传播或通过天线向自由空间辐 线向空间传播； 射。有两种光混频器：分离元件光混频器和分布式光 ②光学整流产生THz电脉冲的方法由张希成等人 混频器。分离元件光混频器使用MEMS(微机电系统) 最先提出。光整流效应是一种非线性效应，是利用超短 技术制作具有微小光电导缝隙的电极，在电极之间施 激光脉冲（脉宽在亚皮秒量级）和非线性介质（如 加很大的偏置电场，光电导体放置在天线或天线阵列 ZnTe1电光晶体等)相互作用而产生低频电极化场，此 的策动点上，被两束激光所照射。分离元件光混频器 电极化场辐射出THz电磁波。激光脉冲的特征和非线 工作方式类似极大带宽的电流源，在THz波段驱动天 性介质的性质决定了THz波的振幅强度和频率分布； 线产生辐射。分布式光混频器基于相似的原理，但由 ③从裸露的半导体表面产生THz波是基于很多 激光所产生的光场将沿着混频器的结构传播，并不像 半导体的表面状态被完全占用，于是靠近半导体表面 分离元件混频器那样位于一个单独的点上； 与空气交界处的费米能级被牵制，导带和价带发生弯 ②光学参量转换：通过非线性光学晶体中受激极 曲，从而产生一个耗尽区和一个表面强电场E。这个 化散射引起的参量光散射可以获得连续可调的THz 电场与交界面垂直，代表值为105V/cm。当一个光子 波-24。光学非线性晶体如LiNbO3或掺MgO的 能量大于半导体带隙的超短入射光脉冲照射半导体表 LNhO3在被近红外范围的纳秒脉冲强激光照射时会产 面时，入射的光载流子在半导体表面耗尽并被表面电 生受激极化散射。这种激光脉冲频率为几十个MHz 场加速，从而产生超短瞬态电流，进而辐射出THz频 能量范围为20~50mJ脉冲； 率的电磁波。如图3所示，产生的THz波频率可通 ③自由电子激光器FEL(free electon laser):自由 过改变激发脉冲的入射角进行调整。很多半导体如 电子激光器是一种传统的THz辐射源，其基本原理 InP.GaAs GaSb. InSb、 CdTe CdSe、Ge等都已用这种 是：由粒子加速器提供的高速电子流（流速接近光速） 方法产生THz辐射171。 通过偏转磁铁导入一个扭摆磁场，电子在洛伦兹力作 用下加速运动，通过自发辐射，产生THz电磁波。自 反射场裸露半导体 发射场(THz场) 由电子激光器的频率随入射电子能量的增大而增大， —0 因而是连续可调的，其频谱可以从远红外跨越到X射 线。同时自由电子激光器还具有频谱范围广、峰值功 图3半导体表面THz产生原理图 率和平均功率大、相干性好等优点。但是它体积庞大， Fig 3 Principle of THz generation on surface of sem iconduc tor 使用不方便，一般只用于科学研究。这是目前可以获 42窄频带太赫兹发射源 得THz最高输出功率的方法； 窄带THz发射源在高分辨率光谱、卫星间通信等 ④量子级联激光器：1994年美国贝尔实验室发 领域有很大的应用潜力。因此，在过去的几十年里，窄 明的量子级联激光器(QCL)将固体半导体激光器技术 带THz发射源的研究吸引了许多科学家的兴趣。目 延伸到THz波段26。THz量子级联激光器的研制成 前的研究主要集中在两个方向：一个是电子学的方 功是半导体固态THz辐射源发展史上的一个里程碑。 向，就是将电子学的方法向高频延伸，这类方法的 常规半导体激光器是通过半导体材料导带中的电子和 特点是效率较高，可以产生大功率甚至是超大功率的 价带中空穴的复合来实现激射，其激射波长完全由半 THz波，但频率较低(1THz以下)；另一个是光学方 导体材料的能隙决定。量子级联激光器从根本上改变 向，即将光学特别是激光技术向低频延伸，这类方法的 了这一激射机制，它是只有电子参与的单极型激光器。 特点是可以产生方向性和相干性很好的THz波，但是 电子从较高的能量状态跃迁到较低的能量状态，发射 输出功率较小，适合产生1THz以上频率的太赫兹波。 出光子，以激光的形式辐射出来。其激射波长取决于 目前这两个发展方向也有相互融合的趋势。还有其他 由量子限制效应决定的量子阱两个激发态之间的能量 一些产生THz波的技术正处于发展中，包括非线性光 差，而与半导体材料的能隙无关。THz量子级联激光 学混频技术、光学参量转换技术、自由电子激光技术、 器体积小、能耗低、便于集成，需要解决的关键问题是 量子级联激光技术等。 提高这些量子级联激光器的工作温度； ①非线性光学混频技术：两束连续波激光在一块 ⑤电子学振荡器频率转换（倍频）：它也是一种 光电导材料中进行混频，可以产生频率等于两束激光 常用的产生低功率(<100W)连续波THz辐射源的 4 PROCESS AUTOMATDN INSTRUM ENTATDN Vol 27 No 3 M arch 2006 ?1994-2015ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http:/www.cnki.net
PROCESS AUTOMATION IN STRUM ENTATION Vo.l 27 No. 3 M arch 2006 对 。被激发的自由载流子在该外加偏置电压的作用下 辐射出具有皮秒脉宽的 THz电磁辐射脉冲 , 并通过天 线向空间传播 ; ② 光学整流产生 THz电脉冲的方法由张希成等人 最先提出 。光整流效应是一种非线性效应 ,是利用超短 激光脉冲 (脉宽在 亚皮秒 量级 )和 非线性介 质 (如 ZnTe [ 18〗电光晶体等)相互作用而产生低频电极化场 ,此 电极化场辐射出 TH z电磁波 。激光脉冲的特征和非线 性介质的性质决定了 TH z波的振幅强度和频率分布 ; ③ 从裸露的半导体表面产生 TH z波是基于很多 半导体的表面状态被完全占用 ,于是靠近半导体表面 与空气交界处的费米能级被牵制 , 导带和价带发生弯 曲 ,从而产生一个耗尽区和一个表面强电场 Eb 。这个 电场与交界面垂直 ,代表值为 105 V /cm。当一个光子 能量大于半导体带隙的超短入射光脉冲照射半导体表 面时 ,入射的光载流子在半导体表面耗尽并被表面电 场加速 ,从而产生超短瞬态电流 ,进而辐射出 TH z频 率的电磁波 [ 15〗。如图 3所示 ,产生的 TH z波频率可通 过改变激发脉冲的入射角进行调整 。很多半导体如 InP、GaAs、GaSb、 InSb、 CdTe、CdSe、Ge等都已用这种 方法产生 TH z辐射 [ 16 ～ 17〗。 图 3 半导体表面 TH z产生原理图 Fig. 3 Principle o f THz generation on surface of sem iconduc tor 4. 2 窄频带太赫兹发射源 窄带 TH z发射源在高分辨率光谱 、卫星间通信等 领域有很大的应用潜力 。因此 ,在过去的几十年里 ,窄 带 TH z发射源的研究吸引了许多科学家的兴趣 。目 前的研究主要集中在两个方向 :一个是电子学的方 向 [ 30〗 ,就是将电子学的方法向高频延伸 , 这类方法的 特点是效率较高 ,可以产生大功率甚至是超大功率的 TH z波 ,但频率较低 (1 TH z以下 );另一个是光学方 向 ,即将光学特别是激光技术向低频延伸 ,这类方法的 特点是可以产生方向性和相干性很好的 TH z波 ,但是 输出功率较小 ,适合产生 1 TH z以上频率的太赫兹波 。 目前这两个发展方向也有相互融合的趋势 。还有其他 一些产生 TH z波的技术正处于发展中 ,包括非线性光 学混频技术 、光学参量转换技术 、自由电子激光技术 、 量子级联激光技术等 。 ① 非线性光学混频技术 :两束连续波激光在一块 光电导材料中进行混频 ,可以产生频率等于两束激光 频率差值的光电流 [ 20 ～ 22〗。当频率差位于 TH z波段时 , 光电流可沿着发射线传播或通过天线向自由空间辐 射 。有两种光混频器 :分离元件光混频器和分布式光 混频器 。分离元件光混频器使用 MEMS(微机电系统 ) 技术制作具有微小光电导缝隙的电极 ,在电极之间施 加很大的偏置电场 ,光电导体放置在天线或天线阵列 的策动点上 ,被两束激光所照射 。分离元件光混频器 工作方式类似极大带宽的电流源 , 在 TH z波段驱动天 线产生辐射 。分布式光混频器基于相似的原理 , 但由 激光所产生的光场将沿着混频器的结构传播 ,并不像 分离元件混频器那样位于一个单独的点上 ; ② 光学参量转换 :通过非线性光学晶体中受激极 化散射引起的参量光散射可以获得连续可调的 TH z 波 [ 23 ～ 24〗。光 学非 线性 晶体如 LiNbO3 或 掺 M gO 的 L iNbO3在被近红外范围的纳秒脉冲强激光照射时会产 生受激极化散射 。这种激光脉冲频率为几十个MH z, 能量范围为 20 ～ 50m J 脉/ 冲 ; ③ 自由电子激光器 FEL(free electron laser):自由 电子激光器是一种传统的 TH z辐射源 , 其基本原理 是 :由粒子加速器提供的高速电子流 (流速接近光速 ) 通过偏转磁铁导入一个扭摆磁场 ,电子在洛伦兹力作 用下加速运动 , 通过自发辐射 ,产生 TH z电磁波 。自 由电子激光器的频率随入射电子能量的增大而增大 , 因而是连续可调的 ,其频谱可以从远红外跨越到 X射 线 。同时自由电子激光器还具有频谱范围广 、峰值功 率和平均功率大 、相干性好等优点 。但是它体积庞大 , 使用不方便 ,一般只用于科学研究 。这是目前可以获 得 TH z最高输出功率的方法 [ 25〗; ④ 量子级联激光器 :1994年美国贝尔实验室发 明的量子级联激光器 (QCL)将固体半导体激光器技术 延伸到 TH z波段 [ 26〗。 TH z量子级联激光器的研制成 功是半导体固态 TH z辐射源发展史上的一个里程碑 。 常规半导体激光器是通过半导体材料导带中的电子和 价带中空穴的复合来实现激射 ,其激射波长完全由半 导体材料的能隙决定 。量子级联激光器从根本上改变 了这一激射机制 ,它是只有电子参与的单极型激光器 。 电子从较高的能量状态跃迁到较低的能量状态 , 发射 出光子 ,以激光的形式辐射出来 。其激射波长取决于 由量子限制效应决定的量子阱两个激发态之间的能量 差 ,而与半导体材料的能隙无关 。 THz量子级联激光 器体积小 、能耗低 、便于集成 , 需要解决的关键问题是 提高这些量子级联激光器的工作温度 ; ⑤ 电子学振荡器频率转换 (倍频 ):它也是一种 常用的产生低功率 (<100 μW )连续波 TH z辐射源的 4 太赫兹波科学与技术 周泽魁 ,等
太赫兹波科学与技术周泽魁，等 方法。频率上转换可以通过一系列的平面GaAs肖特 电光晶体中激发的线性电光效应。线性电光效应又称 基二极管倍增器来实现。第一台工作在1THz以上的 帕克尔(pockels)效应，即电光晶体的折射系数与外加 平面肖特基倍增器通过使用薄膜技术实现。在室温下 电场成比例改变的现象，它是光整流效应的逆效应，是 这台设备能产生80w的1.2THz辐射，在120K时为 三个波束非线性混合的过程。通过电光取样可得到包 200W,50K时为250W。使用同样的技术还制成 含THz电磁辐射振幅和相位的真实波形信息。这种 了三倍增器，在27THz时输出功率为1W。THz倍 电光探测技术克服了光生载流子寿命的限制，时间 增器因其紧凑的结构和高集成度，是一种非常有发展 响应只与所用的电光晶体的非线性性质有关，所以 潜力的小型化、高效率THz源。 具有更短的时间响应、较高的探测带宽、探测灵敏度 此外，使用纳米器件产生和探测THz辐射也展现 和信噪比。自由空间电光采样最常用的电光晶体是 出了极为诱人的前景 ZnTe因为ZnTe晶体中很容易实现THz波与探测光 的相位匹配，使探测光的群速度与THz波的相速度 5太赫兹波探测器 相等。目前，使用薄探测器已获得100THz的宽频带 现阶段THz辐射源大多具有低发射功率与相对 探测结果。 较高热背景耦合的特性，因而需要高灵敏度的探测手 THz脉冲探测技术时间分辨率高、信噪比高，但需 段。在宽波段THz探测中，最常用的方法是基于热吸 要由平移台移动逐点进行测量，所以测量速度很慢。 收的直接探测，需要冷却以降低热背景。常用的装置 啁啾脉冲加光谱仪THz探测方法可以弥补上述技术 是液氦冷却的热辐射测量仪(bokmeter),以及利用超 测量速度上的缺陷。但是光谱仪的使用引入了傅立叶 导技术研制成功的非常灵敏的超导(SS)混频技术， 变换从而导致了时间分辨率极限。啁啾脉冲互相关法 它是一种低噪声检测技术，也是目前THz射电天文和 THz探测技术无需借助频谱分析，分辨率与传统的时 大气物理研究的核心技术。SS探测器以光子辅助隧 间扫描技术相当，且具有单脉冲法一次测量THz波形 穿机制为理论基础，探测频率为01~12THz另一种 的独特优点。 高灵敏度探测器是近年来利用声子和电子散射冷却机 制发展起来的热电子辐射热计(HEB),其响应频率很 6结束语 快，在1THz辐射的探测上较SS技术有更好的性能， 太赫兹波科学技术已得到国际学术界的广泛关 目前其可探测的最高频率约为5THz上述装置使用 注，在世纪之交短短数年内，国际上关于太赫兹波的研 方便，但只能测出辐射的强度，仅能做非相干测量，不 究机构大量涌现，并取得了很多研究成果。太赫兹波 能提供相位信息，并且灵敏度受到背景辐射的限制。 科学技术被誉为21世纪影响人类未来的十大技术之 测量太赫兹时域光谱系统中的THz脉冲，需要使 一，世界各国对于太赫兹波科学技术的研究都极为重 用相干探测器。目前最常用的方法是光电导采样和自 视。 由空间电光采样，这两种方法直接记录THz辐射电场 目前国际上对于太赫兹波的研究主要集中在太赫 的振幅时间波形，由傅立叶变换得到其振幅和相位的 兹波的产生和检测技术上，对于太赫兹波的应用技术 光谱分布。 研究也已逐渐展开。太赫兹波产生和检测技术是太赫 光电导天线是最早用于探测THz脉冲的相干探 兹波科学技术研究中的重点和难点，太赫兹波科学技 测工具。光电导采样基于光电导发射机理的逆 术之所以在近十年才受到广泛研究就是因为太赫兹波 过程，其基本原理是使用半导体光电导天线作为太赫 的产生和检测十分困难。现有的太赫兹波产生和检测 兹接收元件，利用探测光在半导体上产生的光电流与 装置结构复杂、体积较大并且价格昂贵，因此小型化、 太赫兹驱动电场成正比的特性，可测量太赫兹瞬间电 低成本的太赫兹波产生和接受装置是太赫兹波应用的 场。用这种方法已探测到高达60THz的宽波段太赫 关键。目前国内外很多科研机构都致力于这方面的研 兹辐射。但是这种探测技术存在一种内在的Hertzian 究并取得了很大的进展，很多新的产生和检测方法相 偶极子共振特性，所探测的THz电磁信号波形与所用 继被提出，但是太赫兹波器件技术的成熟还需要相当 的光导天线的共振响应函数有关，以致于得不到准确 长的时间。 和真实的THz电磁辐射波形，而且由于其探测时产生 尽管目前太赫兹波器件技术还不成熟，使得太赫 光生电流的载流子寿命较长，所以探测带宽较窄。 兹波应用技术研究受到很大限制，但是太赫兹波科学 自由空间电光采样2基于探测光与THz辐射在 技术已经向世人展现了诱人的应用前景，并吸引了很 《自动化仪表》第27卷第3期2006年3月 5 4513 China Academic yournal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.ne
《自动化仪表》第 27卷第 3期 2006年 3月 方法 。频率上转换可以通过一系列的平面 GaAs肖特 基二极管倍增器来实现 。第一台工作在 1 TH z以上的 平面肖特基倍增器通过使用薄膜技术实现 。在室温下 这台设备能产生 80 μw 的 1. 2TH z辐射 ,在 120K时为 200 μW , 50 K时为 250 μW 。使用同样的技术还制成 了三倍增器 ,在 2. 7 TH z时输出功率为 1 μW 。 TH z倍 增器因其紧凑的结构和高集成度 , 是一种非常有发展 潜力的小型化 、高效率 TH z源 。 此外 ,使用纳米器件产生和探测 TH z辐射也展现 出了极为诱人的前景 [ 26〗。 5 太赫兹波探测器 现阶段 TH z辐射源大多具有低发射功率与相对 较高热背景耦合的特性 ,因而需要高灵敏度的探测手 段 。在宽波段 TH z探测中 ,最常用的方法是基于热吸 收的直接探测 ,需要冷却以降低热背景 。 常用的装置 是液氦冷却的热辐射测量仪 (bolometer),以及利用超 导技术研制成功的非常灵敏的超导 (SIS)混频技术 , 它是一种低噪声检测技术 ,也是目前 THz射电天文和 大气物理研究的核心技术 。 SIS 探测器以光子辅助隧 穿机制为理论基础 ,探测频率为 0. 1 ～ 1. 2 TH z;另一种 高灵敏度探测器是近年来利用声子和电子散射冷却机 制发展起来的热电子辐射热计 (HEB) ,其响应频率很 快 ,在 1TH z辐射的探测上较 SIS 技术有更好的性能 , 目前其可探测的最高频率约为 5 TH z。上述装置使用 方便 ,但只能测出辐射的强度 ,仅能做非相干测量 ,不 能提供相位信息 ,并且灵敏度受到背景辐射的限制 。 测量太赫兹时域光谱系统中的 TH z脉冲 ,需要使 用相干探测器 。目前最常用的方法是光电导采样和自 由空间电光采样 ,这两种方法直接记录 TH z辐射电场 的振幅时间波形 ,由傅立叶变换得到其振幅和相位的 光谱分布 。 光电导天线是最早用于探测 TH z脉冲的相干探 测工具 [ 27〗。光电导采样 [ 28〗基于光电导发射机理的逆 过程 ,其基本原理是使用半导体光电导天线作为太赫 兹接收元件 ,利用探测光在半导体上产生的光电流与 太赫兹驱动电场成正比的特性 ,可测量太赫兹瞬间电 场 。用这种方法已探测到高达 60 TH z的宽波段太赫 兹辐射 。但是这种探测技术存在一种内在的 H ertzian 偶极子共振特性 ,所探测的 TH z电磁信号波形与所用 的光导天线的共振响应函数有关 , 以致于得不到准确 和真实的 TH z电磁辐射波形 ,而且由于其探测时产生 光生电流的载流子寿命较长 ,所以探测带宽较窄 。 自由空间电光采样 [ 29〗基于探测光与 TH z辐射在 电光晶体中激发的线性电光效应 。线性电光效应又称 帕克尔 (pockels)效应 ,即电光晶体的折射系数与外加 电场成比例改变的现象 ,它是光整流效应的逆效应 ,是 三个波束非线性混合的过程 。通过电光取样可得到包 含 TH z电磁辐射振幅和相位的真实波形信息 。这种 电光探测技术克服了光生载流子寿命的限制 , 时间 响应只与所用的电光晶体的非线性性质有关 , 所以 具有更短的时间响应 、较高的探测带宽 、探测灵敏度 和信噪比 。自由空间电光采样最常用的电光晶体是 ZnTe,因为 ZnTe晶体中很容易实现 TH z波与探测光 的相位匹配 ,使探测光的群速度与 TH z波的相速度 相等 。目前 , 使用薄探测器已获得 100 TH z的宽频带 探测结果 。 TH z脉冲探测技术时间分辨率高 、信噪比高 ,但需 要由平移台移动逐点进行测量 , 所以测量速度很慢 。 啁啾脉冲加光谱仪 THz探测方法可以弥补上述技术 测量速度上的缺陷 。但是光谱仪的使用引入了傅立叶 变换从而导致了时间分辨率极限 。啁啾脉冲互相关法 TH z探测技术无需借助频谱分析 , 分辨率与传统的时 间扫描技术相当 ,且具有单脉冲法一次测量 TH z波形 的独特优点 。 6 结束语 太赫兹波科学技术已得到国际学术界的广泛关 注 ,在世纪之交短短数年内 ,国际上关于太赫兹波的研 究机构大量涌现 ,并取得了很多研究成果 。太赫兹波 科学技术被誉为 21世纪影响人类未来的十大技术之 一 ,世界各国对于太赫兹波科学技术的研究都极为重 视 。 目前国际上对于太赫兹波的研究主要集中在太赫 兹波的产生和检测技术上 ,对于太赫兹波的应用技术 研究也已逐渐展开 。太赫兹波产生和检测技术是太赫 兹波科学技术研究中的重点和难点 , 太赫兹波科学技 术之所以在近十年才受到广泛研究就是因为太赫兹波 的产生和检测十分困难 。现有的太赫兹波产生和检测 装置结构复杂 、体积较大并且价格昂贵 , 因此小型化 、 低成本的太赫兹波产生和接受装置是太赫兹波应用的 关键 。目前国内外很多科研机构都致力于这方面的研 究并取得了很大的进展 ,很多新的产生和检测方法相 继被提出 ,但是太赫兹波器件技术的成熟还需要相当 长的时间 。 尽管目前太赫兹波器件技术还不成熟 , 使得太赫 兹波应用技术研究受到很大限制 ,但是太赫兹波科学 技术已经向世人展现了诱人的应用前景 , 并吸引了很 5 太赫兹波科学与技术 周泽魁 ,等