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[THz领域的发展]太赫兹技术“透视”本领“入木三分”

离线bit53

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0楼发表于: 2009-08-11 13:06:25

太赫兹这种独特电磁波，已成为人类看待自身所在世界的“新型眼睛”，人类可以通过太赫兹看到很多用肉眼看不到的东西。太赫兹技术研发对我国工业、国防事业具有重要意义。如今，太赫兹技术作为我国一项前沿科研技术，已取得了一些成绩，我们相信在不久的未来，太赫兹技术研究一定会出现更大的“奇迹”。　　我国科学人员研究的太赫兹技术在毒品、炸药、非极性航天材料内部缺陷检测方面，获得了重大突破。　　首都师范大学物理系主任，中国物理协会副理事长张存林教授在接受本报记者采访时称，我国研究太赫兹技术已有近十年时间，其中首都师范大学、北京航天航空大学、中科院电子研究所等机构已经同企业进行了深入的合作，其核心技术可同国际领先技术相持平。太赫兹技术填补国内空白
　　长期以来，具有很强穿透力的X射线，是我国医学和工业中主要的检测技术。但X射线的照射会对人体产生很大伤害，而且对工业检测也并不完全准确。而运用太赫兹检测的话，无论是对人体还是对工业产品，都能够准确无误地进行检测，并且对人体没有太大伤害。
　　据了解，太赫兹处于微波毫米波和红外线光学之间，形成了一个相对落后的“空白”地段。太赫兹的长波研究方向主要依靠电子科学技术，而短波研究方向主要是光子科学技术，这样在电子学和光子学之间也出现了一个“空白”。
　　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全球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世纪全球科学研究最前沿的领域之一。
　　张存林教授介绍说，随着一系列新技术、新材料的发展，特别是核心技术的发展，获得宽带稳定的脉冲THz源成了一种准常规技术，太赫兹技术也才得以迅速发展，并在实际范围内掀起了一股THz研究热潮。2004年，美国政府将THz技术评为“改变未来世界的十大技术”的第四位，而日本于2005年1月8日更是将THz技术列为“国家支柱十大重点战略目标”之首，举全国之力进行研发。
　　面对国外全力研究这一技术的现状，我国政府在2005年11月专门召开了“香山科技会议”，邀请国内多位在太赫兹研究领域有影响的院士，专门讨论了我国THz技术的发展方向，并制定了我国THz技术的发展规划。另外，美国、欧洲、亚洲、澳大利亚等许多国家和地区政府、机构、企业、大学和研究机构纷纷投入THz的研发热潮之中。THz研究领域的开拓者之一，美国著名学者张希成博士称：“Nextray，T-Ray！”
　　目前，国内已经有多家研究机构开展了太赫兹技术领域的相关研究，其中首都师范大学，是入手较早，投入较大，涉及技术最多的一家，并且在毒品和炸药太赫兹光谱、成像和识别方面，利用太赫兹对非极性航天材料内部缺陷进行无损检测方面做出了许多开拓性的工作，同时由于太赫兹射线在安全检查方面的独特优势，首都师范大学太赫兹实验室正集中力量研发能够用于实景测试的安检原型设备。然而，在此之前，这项技术在国内一直处于空白阶段。太赫兹技术安检效果不凡
　　太赫兹成像技术跟其他波段的成像技术一样，太赫兹成像技术也是利用THz射线照射被测物，通过物品的透射或反射获得样品的信息，进而成像。太赫兹成像技术可以分为脉冲和连续两种方式。前者具有太赫兹时域光谱技术的特点。同时它可以对物质集团进行功能成像，获得物质内部的折射率分布。如检测葵花籽，它可以很容易地获得葵花子的内部信息，通过太赫兹透射图像，能清晰地分辨果壳的轮廓和隐藏在果壳中的果仁的形状。同样，如果是人的牙齿，那么牙齿的正常部分与损蛀部分将很容易地被区分开，而且不必照射x射线，对人体没有附加伤害。
　　利用安全检查应该说是现阶段最吸引人的THz技术，它的本质原理是太赫兹成像，由于目前主要采用连续波太赫兹源，而且又由于它要解决的是目前最受人关注的反恐、缉毒等问题，所以单列出来。目前英国发展的太赫兹安检设备已经进入试用阶段。THz射线的穿透性和对金属材料的强反射特性，以及太赫兹的高频率使得成像的分辨率更高，所以可以很容易地看到隐藏在衣物、鞋内的刀具、枪械等物品。同时，如果结合太赫兹的物质鉴别特性，就能够区分你身上是否携带炸药或毒品。首都师范大学太赫兹实验室已经建立了常见的炸药和毒品的数据谱库，可以设想再过几年，就可以在机场见到真正的太赫兹安检的设备。另外，世界范围内引起社会动荡的自杀式炸弹恐怖袭击，也可以利用THz安检设备进行防范。因为站岗的可以不再是士兵或保安人员，而是太赫兹安检仪，人们不需要靠近可以分子就可疑对其进行检查。太赫兹技术适用领域广阔
　　张存林教授的学生张振伟向记者介绍说：“人们关注太赫兹技术的原因是THz射线普遍存在，是人们认识自然界的有效线索和工具。但是相对于其他波段的电磁波比如红外线和微波，对它的认识和应用非常匮乏。THz射线也有它自身的特点。首先，太赫兹脉冲的典型脉宽不但可以方便地进行时间分辨的研究，而且通过取样测量技术，能够有效地抑制远红外背景噪声的干扰。其次，太赫兹脉冲源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GHz直至几十GHz的范围，许多生物大分子的振动和转动能级，电介质、半导体材料、超导材料、薄膜材料等的声子振动能级落在太赫兹波段范围。因此太赫兹时域光谱技术作为探测材料在太赫兹波段信息的一种有效的手段，非常适合于测量材料吸收光谱，可用于进行定性鉴别的工作。再次，太赫兹光子的能量低，只有几毫电子伏特，因此不容易破坏被检测物质。最后，许多的非金属非极性材料对THz射线的吸收较小，因此结合相应的技术，使得探测材料内部信息成为可能。”
　　张存林对记者说：“太赫兹技术不仅被列入国家‘八六 ..

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