太赫兹波

结构

　　太赫兹光子晶体波导结构如图1所示。材料为电阻率10kΩ。cm的硅，截面分为包层区和芯区，包层为均匀空气按六边形排列形成周期性结构，芯层中心原空气孔缺省而形成纤芯。Λ为空气孔间距，d为空气孔直径，d/Λ为相对孔径，N为包层空气孔层数，n1为空气的折射率，n2为硅的折射率。

特点

　　（1） 高透射性：太赫兹对许多介电材料和非极性物质具有良好的穿透性，可对不透明物 体进行透视成像，是 X 射线成像和超声波成像技术的有效互补，可用于安检或质检过程中的 无损检测。

　　（2）低能量性：太赫兹光子能量为 4.1meV（毫电子伏特），只是 X 射线光子能量的 108 分之一。太赫兹辐射不会导致光致电离而破坏被检物质，非常适用于针对人体或其他生物样 品的活体检查。进而能方便地提取样品的折射率和吸收系数等信息。

　　（3） 吸水性：水对太赫兹辐射有极强的吸收性，因为肿瘤组织中水分含量与正常组织明 显不同，所以可通过分析组织中的水分含量来确定肿瘤的位置。

　　（4） 瞬态性：太赫兹脉冲的典型脉宽在皮秒数量级， 可以方便地对各种材料包括液体、 气体、半导体、高温超导体、铁磁体等进行时间分辨光谱的研究，而且通过取样测量技术， 能够有效地抑制背景辐射噪声的干扰。

　　（5）相干性：太赫兹的相干性源于其相干产生机制。太赫兹相干测量技术能够直接测 量电场的振幅和相位，从而方便地提取样品的折射率、吸收系数、消光系数、介电常数等光 学参数。

　　（6）指纹光谱：太赫兹波段包含了丰富的物理和化学信息。大多数极性分子和生物大 分子的振动和转能级跃迁都处在太赫兹波段，所以根据这些指纹谱，太赫兹光谱成像技术能 够分辨物体的形貌，分析物体的物理化学性质，为缉毒、 反恐、 排爆等提供相关的理论依据和 探测技术。

产生

　　（1）通过FTIR（Fourier Transform Infrared Spectrometer）使用热辐射源产生，如汞灯和SiC棒；

　　（2）是通过非线性光混频产生；

　　（3）是通过电子振荡辐射产生，如反波管、耿式振荡器及肖特基二极管产生；

　　（4）是通过气体激光器、半导体激光器、自由电子激光器等THz激光器直接产生。目前产生THz脉冲常用的方法有光导天线法、光整流法、THz参量振荡器法、空气等离子体法等，其中空气等离子体能产生相对较高强度的THz波而备受关注，此外，还可以用半导体表面产生THz波。

研究现状

　　太赫兹波现象其实早已为人们所发现，然而早期因缺乏有效的太赫兹波产生和探测技术，使得相关研究进展极其缓慢[2]。进入20世纪80年代后，激光技术的迅速发展为研究有效太赫兹波的产生和探测技术孕育了基础。据文献报道，1983年D.H.Anston[3]首次利用光学技术，通过超短激光脉冲激发光电导天线产生了相干脉冲宽带THz辐射。鉴于D.H.Auston做出的巨大贡献，光导天线后来常被称为“Auston switeh”。紧接着，D.Grischkowsky和D.H.Auston等又开发出了基于超短激光脉冲激发光电导天线的THz时域光谱探测技术。这种基于基于超短激光脉冲激发光电导天线的太赫兹波产生和探测技术至今仍然是实验设备应用的主流。1990-1992年，X.C.zhang和D.H.Auston[4]等又提出了原理上完全不同的太赫兹波产生与探测方法一基于瞬态电光取样及其逆过程的THz产生与探测技术。

　　至此，太赫兹波的产生与探测技术虽然还不成熟，但已经能够用于相关仪器的制造与生产，为科研人员研究太赫兹波与物质相互作用提供了必备的实验手段。太赫兹科学和技术有极大的应用潜力，但目前还受太赫兹辐射源的限制，比如：产生的太赫兹辐射强度不高、带宽不够宽、能量转化效率低等因素，所以太赫兹领域的发展还需更大的努力。

发展前景

　　太赫兹波科学技术作为一门前沿的新兴交叉学科，满足工控自动化的要求。对其他科学如物理、化学、天文学、生物医学、材料科学、环境科学等均有重大的影响，相关应用需求迫切，发展迅猛。在当今基础研究、开发研究和产业化发展几乎同步进行的相互融合、相互促进的科技快速发展时代，我们要有高度的紧迫感和责任感，努力推动我国乃至世界太赫兹波科学技术及其应用更进一步的发展。

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