波前倾斜强场太赫兹产生器

近日，在中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室在新一代超强超短激光综合实验装置上开展的超强太赫兹（Terahertz，THz）脉冲实验取得重要进展，以“Generation of 13.9-mJ Terahertz Radiation from Lithium Niobate Materials”为题在线发表于Advanced Materials。该成果由北京航空航天大学和上海光机所强场激光物理国家重点实验室，在张江实验室支持下协同中科院物理所、上海科技大学等单位合作完成，在新一代超强超短激光综合实验装置上实现了基于铌酸锂晶体的超强THz脉冲的能量新纪录13.9mJ。研究团队利用超强超短激光输出的30fs，1.2焦耳脉冲激光，基于倾斜波前技术，实验验证了低温冷却铌酸锂晶体可产生单周期13.9mJ极端强度THz脉冲，从800nm激光到THz的能量转换效率为1.2%，聚焦峰值电场强度约为7.5MV/cm。实验还表明，室温条件下，450mJ的泵浦激光可产生单脉冲能量为1.1mJ的THz脉冲，并观察到泵浦激光的自相位调制效应会导致晶体中的THz增益饱和。这项研究为基于铌酸锂晶体的亚焦耳级THz产生奠定了基础，并将激发极端强场太赫兹科学和应用领域的更多创新。图1 基于上海光机所新一代超强超短激光综合实验装置的铌酸锂太赫兹强源产生光路示意图。图2 铌酸锂太赫兹强源单脉冲能量半个世纪的提升历程。

上海屹持光电与德国batop合作推出自建thz-tds方案 如果您已经具备了fs激光器，并且对thz时域光谱系统比较熟悉，上海屹持光电eachwave提供客户自己搭建thz-tds的所有配件。 thz-tds光路示意图太赫兹工具箱提供 太赫兹时域光谱仪系统（thz-tds）中的主要配件， 并且针对系统中的硬件提供相应的控制软件， 我们也可以提供搭建系统的设计方案。主要硬件包括： 1， 电子盒套装, 包括脉冲电压产生器和锁相探测装置； 2， 带有准直 tpx 透镜的 thz 天线； 3， 线性步进电机； 4， 配套光谱仪软件, 可实现快/慢扫描、成像和角度扫描等，thz 频谱计算分析如计算材料的折射率等。 搭建常规thz-tds，对fs激光器的要求如下： 脉冲宽度 ~100 fs重复频率50-100 mhz平均功率≥30 mw （自由空间天线） ≥100 mw （光纤耦合天线，780 nm & 1060 nm）≥50 mw （光纤耦合天线，1550 nm） 除飞秒激光器外，thz-tds主要部件有： 1，光电导天线： set of fiber-coupled antennas setup in a transmission configuration 2，信号发生器&锁相放大器（lock in） data acqusition systems with bnc ports for emitter and detector antenna3， 线性步进电机： zaber linear stage typically used as delay line in thz spectrometer. 4，控制软件t3ds front panel of the t3ds software displaying the results of a reference measurement自建太赫兹时域光谱系统（光泵浦太赫兹探测系统） 系统需要的其他配件 晶体（znte、dast、dstms、oh1、linbo3） 光电导天线（单极天线、天线阵列） 近场探针 离轴抛物镜 斩波器 thz脉冲电光取样探测器 thz元件（thz偏振片，thz透镜，thz滤波片、thz波片、thz棱镜、thz分束镜等） 更多太赫兹时域光谱仪相关产品： batop太赫兹时域光谱仪thz-tds1008 预组装太赫兹时域光谱仪pre-assembled thz-tds 异步采样太赫兹光谱仪thz-tds 有机晶体宽谱太赫兹时域光谱仪thz-tds 波前倾斜强场太赫兹时域光谱仪thz-tds 太赫兹时域光谱仪工具箱 thz kit 自建太赫兹时域光谱仪器系统 上海屹持光电技术有限公司 eachwave scientific instrument co.,ltd tel: 021-54843093，021-52961576 fax: 021-54843093 cell: 18817395337 email: sales@eachwave.com wabesite: http://www.eachwave.com/

三宝兴业(微视凌志)成为瑞士Rainbow Photonics品牌太赫兹系列产品中国区代理 　　2012年2月27日，北京三宝兴业(微视凌志)视觉技术有限公司与瑞士Rainbow Photonics公司签署了代理合作协议，正式成为其太赫兹系列产品的中国区代理。 　　太赫兹作为一个电子学向光子学过渡频段，其频段覆盖大分子的转动和振动频率，是有待全面研究的一个频率窗口，成为近年全球的科研热点。 　　频率：0.1THz –10 THz( 0.03 mm – 3 mm) 　　瑞士Rainbow Photonics成立于1997年，是世界一流的太赫兹成像与光谱产品生产商，其销售产品为瑞士联邦工学院非线性光学实验室的科研成果。三宝兴业(微视凌志)，作为国内资深图像处理企业，自2003年成立以来，主营业务是以代理销售国际知名厂商的图像处理产品为主，成立近10年来，不断扩展其代理产品线，此次代理瑞士Rainbow Photonics品牌，将为广大中国科研用户在太赫兹研究领域带来福音，并提供更加本土化的技术支持。 　　若您对Rainbow Photonics太赫兹产品感兴趣，可致电北京三宝兴业(微视凌志)010-51262828-6603或wuxl@mvlz.com咨询。 　　公司简介： 　　 　　瑞士Rainbow Photonics产品线涵盖实验室级太赫兹时域光谱系统(TeraKit-Transmission- TeraKit-Reflection)、最新太赫兹成像与光谱系统(TeraImage)、太赫兹一体化系统(TeraSys 4000)、基于高效有机电光晶体(OH1，DAST，DSTMS)的太赫兹产生器与探测器、高质量KNbO3 晶体、全固态近红外飞秒激光器等。广泛应用于实验室中进行的生物医学成像、安全检查、无损探伤、爆炸物探测等研究领域，客户遍布美、英、法、德、日等国家。 TeraSys 4000 TeraIMAGE 　　 　　北京三宝兴业(微视凌志)科学部自2007年成立以来，一直致力于国际顶尖科研级产品的推广工作，宗旨是为中国广大的科研工作者提供优质服务,专业的硕博技术人员随时为您解答疑问产品及应用中的问题，可保障您的工作进展更顺畅。目前，代理品牌及产品主要有Princeton Instruments(科研级制冷CCD,光栅光谱仪)、e2v(科研级芯片)、Light conversion(飞秒激光器)、Advanced Research Systems(低温制冷设备)、B&W TEK(便携式光谱仪)、Ludl Electronic Products (显微纳米位移台)、Femto(电流、电压放大器、锁相放大器)、Quantum(时序脉冲发生器)、Scientech(激光功率计、能量计)、Delta(滤光片)、Frankfurt Lasers(固体激光器、激光二极管)，Rainbow Photonics (太赫兹产品)等。

仪器信息网讯 2012年8月8日-9日，由中国仪器仪表学会、“太赫兹光电子学教育部重点实验室”、《现代科学仪器》编辑部主办的2012太赫兹科学仪器及前沿技术专题研讨会在北京紫玉饭店成功召开。本次会议的宗旨是为太赫兹科学仪器研制开发提供技术交流平台，为太赫兹仪器选购提供技术咨询，并为太赫兹仪器使用提供技术支撑。本次研讨会特别邀请到电子科技大学刘盛纲院士、天津大学姚建铨院士等太赫兹研究领域的多名专家学者做精彩报告，吸引了来自各科研院所、仪器公司的近100位代表参会。 会议现场 　　开幕式由太赫兹光电子学教育部重点实验室主任张存林教授主持，中国仪器仪表学会副理事长兼秘书长吴幼华先生，电子科技大学刘盛刚院士分别为大会致辞。 中国仪器仪表学会副理事长兼秘书长吴幼华先生 电子科技大学刘盛纲院士 　　首先，吴幼华先生代表主办方对各位代表表示热烈的欢迎。并介绍到，太赫兹科学仪器涉及的领域很广，专业性很强，是非常重要的交叉前沿领域，其技术进步为技术创新、国民经济发展和国家安全提供了一个非常诱人的发展机遇。 　　电子科技大学刘盛纲院士在致辞中指出，“重要的科学成就必须以实验研究为基础，在国际上重要的仪器设备是一流大学所必备的条件。近几年，中国也越来越多的认识到科学仪器的重要性。在过去的十几年中，日本人拿了6个诺贝尔奖，以色列拿了两个诺贝尔奖，我们相信中国一定会拿诺贝尔奖，但是不知什么时候。我们有很多好的思想，只是做不出实验结果来，我们国家要想成为科技大国，加强对仪器设备的支持是非常必要的。此外，中国的太赫兹技术发展非常快，也得到了国家自然科学基金委的大力支持，不过目前还存在一些问题，如投资不太集中等”。 国家自然科学基金委员会信息科学部张兆田主任 　　在开幕式中，国家自然科学基金委员会信息科学部张兆田主任还做了《信息优先资助领域及其基金资助工作》的相关报告。在报告中，张兆田主任介绍了信息科学的发展规律与特点，发展状况与未来发展趋势、重点优先发展领域等。其中，新型毫米波与太赫兹器件就是其优先发展的领域之一，其研究内容包括太赫兹核心器件及阵列检测器、微结构太赫兹功能器件；新型太赫兹探测技术等。此外，张兆田主任还介绍了信息科学部的部门设置、资助方针、资助格局、资助项目类型、项目受理评审过程等相关内容。 首都师范大学物理系张岩主任 　　此外，首都师范大学物理系张岩主任也介绍了太赫兹科学仪器及前沿技术专题研讨会的会议组织等相关情况。 　　大会报告 技术发展篇 太赫兹光电子学教育部重点实验室主任张存林教授 报告题目：基于飞秒激光的太赫兹时域光谱仪开发 　　张存林教授在报告中详细介绍了国家重大科学仪器设备开发专项“基于飞秒激光的太赫兹时域光谱仪开发”的相关情况。介于微波和红外之间的太赫兹是物理与信息领域重大科学技术问题，太赫兹波谱是反应分子结构和空间阵列的指纹谱。太赫兹时域光谱仪未来将向宽谱、高能量、小型化的方向发展，在科研及食品药品鉴定和检测方面具有很重要的应用价值和前景，对经济社会发展、民生改善具有很重要的支支撑作用。在市场方面，近三年来，已经有上百家应用单位有着明确的应用需求。据2010年度太赫兹市场报告的预期，太赫兹在医学、安全和制造业领域相关产品的经济效益到2020年将可达到数千万到数亿美元，市场总额可达到数十亿美元。张存林教授还介绍说按此推算，“基于飞秒激光的太赫兹时域光谱仪开发”项目完成后，若中国市场可占到10%的全球市场份额，预期经济效益也将达到数亿美元。由此，也将拉动中关村高科技示范区高端仪器制造业及相关产业产值约10亿元人民币/年。 上海大学马国宏教授 报告题目：太赫兹脉冲的产生及波前控制研究 　　马国宏教授介绍到目前THz波的研究主要包括THz源、THz检测和THz传输等方面，要使THz波的研究成果得到广泛的应用，尤其是将THz技术应用到远红外光谱学中，有必要研究THz脉冲的波前控制以及各种THz光子学器件的工作原理，从而实现对THz辐射的人工调控。随后，马国宏教授介绍了上海大学超快光子学实验室近年来在THz波的产生、THz的主动和被动控制、THz光子学和THz自旋电子学等方面开展的一系列研究工作。其中，主要探讨了利用THz波与各种微结构相互作用实现THz波前的控制，包括THz偏振控制、抗反射、全吸收设计、THz全禁带光子晶体以及THz磁共振器件等。中科院紫金山天文台副研究员张文先生 报告题目：太赫兹高灵敏超导热电子探测器技术 　　张文先生谈到，太赫兹波段存在丰富的分子转动谱线和原子精细结构谱线，通过对这些分子谱线的高频率分辨率观测，可以研究天文、大气和深空探测等领域的重要科学问题。超导HEB混频器是1HTz以上灵敏度最高的相干探测器，已经成功应用到Herschel空间卫星、SOFIA天文台和地面APEX望远镜开展天文观测研究。张文先生所在系统改进了超导HEB热电子混频器的热点模型，深入理解其机制，率先实现了4K闭环制冷环境下的超导HEB混频实验；并研制国际上最高频率(5.3HTz)天线耦合超导HEB混频器，灵敏度率先突破5倍量子噪声极限。此外，张文先生还介绍了其课题组在太赫兹超导HEB混频器应用方面的研究工作。 天津大学姚建铨院士 报告题目：太赫兹技术及太赫兹仪器的发展趋势 　　姚建铨院士在报告中介绍到，随着太赫兹科学技术的飞速发展，对太赫兹科学仪器也不断提出新的需求，不仅推动了太赫兹科学仪器的快速发展，也催发了太赫兹前沿技术的不断涌现。同时，太赫兹科学仪器的前沿技术也表征着太赫兹科学仪器的先进性和尖端性，引领着太赫兹科学仪器的进一步发展。在这一部分内容中姚建铨院士介绍了太赫兹技术国内外研究及应用概况，光学太赫兹辐射源研究及太赫兹功能器件-微结构材料的应用等方面的情况。并且指出，微结构光学材料在激光技术、THz技术等方面可望实现传输、源、开关、放大、滤波、调制、吸收、偏振等功能，有十分重要的科学价值及实际意义。如果将微结构材料施加各种场(电、磁、声、光、热、机械等)作用可望产生新现象、出现新机理、实现新功能、制成新器件。此外，姚建铨院士还介绍了基于法布里-珀罗干涉仪的THz波长测试法及THz傅立叶变换光谱仪的相关研究工作。 首都师范大学赵国忠教授 报告题目：太赫兹波产生探测及太赫兹时域光谱技术 　　赵国忠教授谈到，对于太赫兹光谱应用来说，获得宽带太赫兹辐射至关重要，目前，实验室使用的宽带太赫兹辐射源以光整流和电导天线为主。随后详细介绍了基于飞秒激光的宽带光电导天线的设计、研制，光电导天线温控系统和太赫兹辐射测量装置的研制，光电导天线太赫兹辐射特性等方面的研究工作。另外，半导体表面太赫兹辐射可以提供方便的宽带太赫兹源，进一步研究非常必要。其中，富含缺陷的氮化铟有望代替砷化铟成为高效、实用的宽带太赫兹辐射源。此外，赵国忠教授还指出太赫兹发射光学的研究也有助于探索半导体表面和内部的载流子动力学。 　　此外，北京理工大学胡伟东教授、哈尔滨工业大学(威海)田兆硕教授、中国计量科学研究院孙青博士等也就太赫兹技术现状及研究进展做了精彩的报告。 北京理工大学胡伟东教授 报告题目：Progress in the Terahertz Pulse 3D Imaging System (220GHz) 哈尔滨工业大学(威海)田兆硕教授 报告题目：THz激光F-P旋转透过率研究 中国计量科学研究院孙青博士 报告题目：太赫兹光谱与功率计量技术 　　大会报告 应用篇 首都师范大学沈京玲教授 报告题目：太赫兹光谱技术在毒品检测中的应用研究 　　沈京玲教授介绍到，太赫兹波能够用于毒品检测和识别是基于下列两个事实：多数毒品在太赫兹波段具有特征吸收；多数包装材料如纸张、织物、塑料、木头，对太赫兹波是透明的。将两者结合起来，使太赫兹技术非常适于进行毒品的无损检测应用。随后，沈京玲教授详细的介绍了所在课题组近年来在毒品检测识别方面的相关工作：应用太赫兹光谱和成像技术对毒品进行品种鉴定和含量分析，完成了确定毒品纯度和有效成分含量的理论和实验方法；对隐藏在信封和包裹中的毒品进行探查；建立了含有38种纯度在90%以上的毒品的太赫兹光谱数据库等。 上海理工大学副院长朱亦鸣教授 报告题目：基于太赫兹技术的药物分析与检测 　　朱亦鸣教授介绍到，国内外现有药物检测技术手段无法有效的检测出假药，而且无法做到在线式检测。太赫兹波处于微波电子学与红外光子学的交叉、过渡区域，是被公认的有重要科学价值和巨大应用前景的频率窗口。太赫兹技术先后被列为“改变未来世界的10种技术”及“2011年六大类电子类新技术”之一，是分析分子有机功能基团最有效的手段。基于这些优势，朱亦鸣教授所在课题组利用时域太赫兹波谱系统对中西药做了相关检测，结果显示太赫兹光谱技术对各种药物鉴别率可达90%，扫描速度达到1s/片，可以做到无损探测及真正的在线检测和分析，并且结合HIPHOP模型，还可以进行药理基团的解析。 中国石油大学(北京)赵卉博士 报告题目：太赫兹技术在油气光学中的应用 　　赵卉博士在报告中介绍说，油气光学是研究油气物质的光学性质、光在油气介质中的传播规律和光学技术在油气领域应用的科学。它是在石油与天然气工程、地球探测与信息技术、材料科学与工程、物理学、光学工程等学科发展与支持的基础上建立起来的一个新兴交叉学科。针对国家重大需求，并且基于太赫兹与油气物质相互作用的认知，赵卉博士所在课题组建设了以油气资源、石油化工为研究对象的太赫兹波谱与探测技术平台，开发了油品光学性能透射式测试装置，岩石光学性能透射式测试装置，基于对岩石有机质、干酪根、基础油、汽油等多种体系的太赫兹频段特征吸收带的认知，建立了石油化工产品太赫兹光谱特性和理化性能之间的关系，为太赫兹技术在油气领域的应用提供了实验基础。 　　此外，中科院上海微系统所谭智勇博士、中科院工程物理研究院流体物理研究所助研朱礼国先生也就太赫兹技术的应用做了精彩的报告。 中科院上海微系统所谭智勇博士 报告题目：太赫兹量子器件及其成像应用 中科院工程物理研究院流体物理研究所助研朱礼国先生报告题目：超快太赫兹光谱在研究太阳能光伏材料中的应用 　　除了以上各位专家的报告之外，安捷伦科技(中国)有限公司叶伟斌先生，脉动科技有限公司陆明先生，先锋科技股份有限公司Albert Rsdo-Sanchez先生、Patrick F. Tekavec先生，顶尖科仪(中国)股份有限公司贺雪鹏先生也介绍了公司的产品特点及研发情况。 安捷伦科技(中国)有限公司叶伟斌先生 报告题目：安捷伦毫米波测试解决方案 脉动科技有限公司陆明先生 报告题目固体THz源和异步采样THz时域光谱系统 先锋科技股份有限公司Albert Redo-Sanchez先生 报告题目：Terahertz Instrumentation Status and Market Outlook 先锋科技股份有限公司Patrick F. Tekavec先生 报告题目：High Power THz sources 顶尖科仪(中国)股份有限公司贺雪鹏先生 报告题目：飞秒光纤激光器及其在太赫兹光谱学中的应用 　　报告会之后，与会代表参观了首都师范大学太赫兹光电子学教育部重点实验室，相关工作人员为与会代表详细介绍了实验室整体概况，并就相关仪器及其研究的课题同与会代表进行了深入的沟通。 与会代表参观太赫兹光电子学教育部重点实验室 太赫兹光电子学教育部重点实验室部分仪器设备 与会代表合影

随着通信技术的快速发展，近些年的通信容量实现了快速增长，传统的光纤通信网络已经难以满足当前高速通信的需求。增大通信网络的容量和提高通信速度的一种方法是开发太赫兹(Terahertz, THz)波段的光纤通信空间维度。太赫兹波是介于微波和红外光之间的一种电磁波，频率介于0.1THz到10THz之间，由于它带宽大和传输速度快以及可以提供点对点的网络拓扑结构而备受关注。而在空间维度资源中，基于轨道角动量（Orbital Angular Momentum，OAM）的模分复用技术由于携带不同拓朴荷数的相互正交的轨道角动量模式成为扩大通信容量的一种非常有潜力的方案。轨道角动量具有全新的电磁波自由度特性，具有轨道角动量特性的电磁波可以在常用的信息传输方式，如波分复用（Wave Division Multiplexing，WDM）、偏振复用（Polarization Multiplexin，PM）、时分复用（Time Division Multiplexing，TDM）等信息传输方式上成倍的提高信息传输容量。近日，中国计量大学严德贤课题组提出了基于太赫兹波段的负曲率轨道角动量光纤。该光纤以重庆摩方精密科技有限公司提供的HTL聚合物材料（耐高温树脂）为基底，采用两层倾斜椭圆管的结构设计，通过引入环芯区域在0.4-0.8THz波段成功产生50-52个OAM模式，且在所研究的波段内获得了高模式纯度、低限制损耗和低波导色散等传输特性，相关研究成果以“Design of negative curvature fiber carrying multiorbital angularmomentum modes forterahertz wave transmission”为题发表在《Results in Physics》。图1.3D打印负曲率轨道角动量光纤结构图图1展示了基于摩方精密nanoArch S140打印技术的3D打印光纤样品图。光纤整体尺寸为6.57mm，靠近纤芯区域的第二层倾斜椭圆管结构最小尺寸为0.051mm。光纤结构设计完成后，在Comsol Multiphysics有限元仿真软件中选取光纤结构的任一截面进行仿真研究。在研究频段内给定相应的太赫兹频率后，可以获得相应的模场分布，针对相应的模式进行数据收集和处理可以得出所需传输特性。在光纤中产生OAM模式的前提条件是有效生成HE和EH模式，且HEl+1，1与EHl-1，1有效模式折射率差异高于10-4。光纤中的OAM模式合成规则可由公式1表述：图3是OAM光纤各种传输特性随频率的变化趋势。由图3(a)和(b)可知，光纤产生的所有HEl+1，1与EHl-1，1之间的折射率差异均高于10-4，表明HE和EH模式均可以有效合成OAM模式。图3(c)是光纤的限制损耗特性，限制损耗与光纤的有效传输距离密切相关，由图可知光纤的限制损耗在0.55-0.8THz区间最低可以达到10-15(dB/cm)量级。图3(d)表示了OAM光纤的低平坦色散趋势，在0.4-0.8THz区间有近零的波导色散参数，有利于太赫兹波在光纤内部的快速传输。OAM模式的高模式纯度特性表明了光纤可以有效携带信息进行传输，由图3(e)所示结果，在0.55-0.8THz区间光纤的OAM模式纯度均高于80%。图3(f)是OAM光纤的有效模场面积特性，一般来说具有较高的有效模场面积可以产生较小的非线性特性，可以进一步提高信息的传输质量。图3.(a)有效模式折射率，(b)有效模式折射率差异，(c)限制损耗，(d)波导色散，(e)OAM模式纯度，(f)有效模场面积随频率的变化趋势官网：https://www.bmftec.cn/links/10

▲图 | 太赫兹扫描隧道显微镜系统（来源：资料图）太赫兹，是介于远红外和微波之间的电磁波，具有光子能量低、穿透性好等特点，在高速无线通信、光谱学、无损伤成像检测和学科交叉等领域具备广泛应用前景，被誉为“改变未来世界的十大技术”之一。简单来看，太赫兹扫描隧道显微镜系统就是一个超快摄影机，只不过它要观察和拍摄的对象是分子和原子世界，并且拍摄的帧率在亚皮秒量级。对于非线性太赫兹科学来说，控制太赫兹脉冲的“载波包络相位”，即激光脉冲的载波与包络之间的关系至关重要，特别是用于超快太赫兹扫描隧道显微镜时。太赫兹载波包络相位移相器的设计和实现，在利用太赫兹脉冲控制分子定向、高次谐波生成、阈上电离、太赫兹波前整形等领域，均具备潜在应用价值。（来源：Advanced Optical Materials）1. 为调控太赫兹的载波包络相位提供新方案据介绍，王天武在中科院空天信息研究院（广州园区）-广东大湾区空天信息研究院担任主任和研究员等职务，研究方向为太赫兹技术。目前，其主要负责大湾区研究院的太赫兹科研队伍建设。该研究要解决的问题在于，常规探测手段只能得到静态的原子形貌图像，无法观察物质受到激发，例如经过激光辐照后的动态弛豫过程图像，即无法观察到激子的形成、俄歇复合、载流子谷间散射等过程，而这些机理的研究，对于凝聚态物理学包括产业化应用都非常重要。原因在于，这些动力学过程发生的时间尺度，往往都在皮秒量级，即万亿分之一秒的时间，任何普通调控手段均无法达到这一时间量级。利用飞秒脉冲激光技术，能显著提高扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope，STM）这一扫描探针显微术工具的时间分辨率。但是，目前仍受到多种因素的限制，比如样品和针尖制备困难、针尖的电容耦合效应、脉冲光引起的热膨胀效应等。太赫兹的脉冲宽度位于亚皮秒尺度，其电场分量可被看作一个在很宽范围内、连续可调的交流电流源。因此，将太赫兹电场脉冲与 STM 结合，利用其瞬态电场，即可作用于扫描针尖和样品之间的空隙，从而产生隧穿电流进行扫描成像，能同时实现原子级空间分辨率和亚皮秒时间分辨率。如前所述，太赫兹扫描隧道显微镜系统好比一个超快摄影机。但是，太赫兹电场脉冲和 STM 的实际结合过程，却并非那么简单，中间要攻克诸多难题。其中一个最基础的重要难题，在于太赫兹源的相位调控技术。太赫兹扫描隧道显微镜系统是利用太赫兹激发针尖尖端和样品之间的空隙，来产生隧穿电流并进行采样。不同相位太赫兹源的电场方向不一样，这样一来所激发的隧穿电流的方向亦不相同。根据不同样品施加不同相位的太赫兹源，可以更好地匹配样品，进而发挥系统性能优势，借此得到高质量光谱。因此，通过简单高效的途径，就能控制太赫兹脉冲的载波包络相位，借此实现对于隧道结中近场太赫兹时间波形的主动控制，同时这也是发展超快原子级分辨技术的必备阶段。通常，超短脉冲的载波包络相位，必须通过反馈技术来稳定。除少数例子外，比如用双色场激光等离子体产生的太赫兹辐射源，大多数商业化设备产生的太赫兹脉冲的载波包络相位都是锁定的，例如人们常用的光整流技术生成的太赫兹脉冲。多个太赫兹偏振元件组成的复杂装置，可用于控制太赫兹脉冲的载波包络相位。然而，鉴于菲涅耳反射带来的损耗，致使其插入损耗很大，故无法被广泛应用。另外，在太赫兹波段，大部分天然材料的色散响应较弱、双折射系数较小，很难被设计成相应的载波包络相位控制器件，因此无法用于具有宽频率成分的太赫兹脉冲。与天然材料相比，超材料是一种由亚波长结构衍生而来的、具有特殊光学特性的人工材料，其对电磁波的色散响应和双折射系数，均可进行人为定制。虽然超材料技术发展迅猛。但是，由于近单周期太赫兹脉冲的宽带特性，利用超材料对太赫兹脉冲的载波包络相位进行控制，仍是一件难事。为解决这一难题，王天武用超材料制备出一款芯片——即柔性太赫兹载波包络移相器，专门用于控制太赫兹脉冲的载波包络相位。该芯片由不同结构的超材料阵列组成，可在亚波长厚度和不改变太赫兹电场极化的情况下，实现对太赫兹载波包络相位的消色差可控相移，其对太赫兹脉冲的载波包络相位的相移调制深度高达 2π。相比传统的太赫兹载波包络相位移相器，该移相器具有超薄、柔性、低插损、易于安装和操作等优点，有望成为太赫兹扫描隧道显微镜系统的核心部件。近日，相关论文以《基于超材料的柔性太赫兹载波环移相器》（Flexible THz Carrier-Envelope Phase Shifter Based on Metamaterials）为题发表在 Advanced Optical Materials 上，李彤和全保刚分别担任第一和第二作者，王天武和空天信息创新研究院方广有研究员担任共同通讯作者。▲图 | 相关论文（来源：Advanced Optical Materials）审稿人认为：“此研究非常有趣、简明扼要，研究团队完成了一套完备的工作体系。该芯片的设计和实现，为调控太赫兹的载波包络相位提供了新的解决方案。”2. 建立国际领先的太赫兹科学实验平台据介绍，王天武所在的研究院，围绕制约人类利用太赫兹频谱资源的主要科学问题和技术瓶颈，致力于形成一批引领国际的原创性理论方法和太赫兹核心器件技术，以建立国际领先的太赫兹科学实验平台。他说：“太赫兹扫描隧道显微镜是我们院的一大特色，该设备摒弃了此前施加电压的方式，以太赫兹为激发源，去激发探针尖端和样品之间的间隙，从而产生隧穿电流并进行成像。相关技术在国内属于首创，在国际上也处于领先水平。”在诸多要克服的困难中，太赫兹载波包络相位的调制便是其中之一。入射太赫兹的相位大小对激发的隧穿电流的幅值、相位等信息影响甚大，是提高设备时间和空间分辨率必须要解决的重要问题之一。由于设备腔体比较长，并且腔体内部为高真空环境，与外界空气是隔绝的。传统的太赫兹相位改变方式比较难以实现，因此需要研发新型的相位调制器件。而该课题立项的初衷，正是希望找到一种结构简单、但是对太赫兹载波包络相位调制效率高的方法和装置，以便更好地服务于太赫兹扫描隧道显微镜系统。在文献调研的初始阶段，该团队商定使用超材料来制作太赫兹相位调制器。具体来说，其利用特定的金属分裂环谐振器的几何相位、以及共振相位，来控制太赫兹脉冲的载波包络相位值。之所以选择金属分裂环谐振器作为基本相控单元，是因为在一定条件下，它对太赫兹具有宽谱响应。当任意方向的线偏振波与谐振器耦合时，入射电场分量可映射到平行于谐振器对称轴和垂直于谐振器对称轴，借此可以激发谐振器的对称本征模和反对称本征模。此时，通过改变金属分裂环谐振器的几何相位和共振相位，散射场的某一偏振分量的电场相位会相应延迟，大小可以轻松覆盖 0-2π。但是，由于存在电偶极子的双向辐射，导致金属分裂环谐振器存在明显的反射和偏振损耗。为此，课题组引入了一对正交的定向光栅，利用多光束干涉的方式解决了谐振器插入损耗大的问题。随之而来的另一难题是，由于正交光栅的存在，导致入射波和透射波之间的电场偏振始终是垂直的，在太赫兹扫描隧道显微镜系统的工作中，这是不被允许的。好在样品均是由互易材料制成的，于是这一问题很快迎刃而解。随后，该团队采用常规紫外光刻、电子束沉积以及聚酰亚胺薄膜上的剥离技术，制备出相关样品，并利用太赫兹时域光谱系统，对所制备的样品性能进行表征。当入射的太赫兹脉冲，依次被样品中不同的微结构阵列调制时，研究人员通过太赫兹时域光谱测量，清晰观察到了太赫兹脉冲的时间波形的变化，且与仿真结果十分吻合。此外，课题组还在广角入射和大样品形变时，验证了该样品的鲁棒性。总而言之，该成果为宽带太赫兹载波包络相位的控制，提供了一种新型解决方案，并在不改变太赫兹电场极化的情况下，利用“超材料”在亚波长厚度的尺度上，实现了针对宽带太赫兹载波包络相位的消色差可控相移。关于这一部分成果的相关论文，也已发表在《先进光学材料》期刊。（来源：Advanced Optical Materials）据介绍，此次芯片能把太赫兹的相位最高移动至 2π 大小，并且具有大的光入射角度和良好的柔韧性等优点，在太赫兹扫描隧道显微镜系统，以及其他相关领域有较高的应用价值。但是，该芯片目前仍存在一个缺点，即无法做到太赫兹载波包络相位的连续调制。这是由于，采用的金属分裂环谐振器是单次加工制成的，所能调制的几何相位和共振相位已经确定，无法再被人为改变。因此，使用过程中只能通过加工特定结构的芯片，来实现所需相位的调制。未来，该团队打算将当下比较热门的二维材料、相变材料、液晶材料等材料集成到芯片中，这些材料的优势在于光学性能可被人为改变。同时，其还将综合电、光、热等手段，实现金属分裂环谐振器几何和共振相位的主动控制，从而实现对太赫兹脉冲的连续载波包络相位调制。此外，课题组也会继续优化微加工工艺和原料制备流程，进一步提升芯片的综合性能指标，比如器件的低插入损耗、高工作带宽等，同时也将降低制造成本，以便后续的产业化推广。

随着通信技术的快速发展，近些年的通信容量实现了快速增长，传统的光纤通信网络已经难以满足当前高速通信的需求。增大通信网络的容量和提高通信速度的一种方法是开发太赫兹(Terahertz, THz)波段的光纤通信空间维度。太赫兹波是介于微波和红外光之间的一种电磁波，频率介于0.1THz到10THz之间，由于它带宽大和传输速度快以及可以提供点对点的网络拓扑结构而备受关注。而在空间维度资源中，基于轨道角动量（Orbital Angular Momentum，OAM）的模分复用技术由于携带不同拓朴荷数的相互正交的轨道角动量模式成为扩大通信容量的一种非常有潜力的方案。轨道角动量具有全新的电磁波自由度特性，具有轨道角动量特性的电磁波可以在常用的信息传输方式，如波分复用（Wave Division Multiplexing，WDM）、偏振复用（Polarization Multiplexin，PM）、时分复用（Time Division Multiplexing，TDM）等信息传输方式上成倍的提高信息传输容量。近日，中国计量大学严德贤课题组提出了基于太赫兹波段的负曲率轨道角动量光纤。该光纤以重庆摩方精密科技有限公司提供的HTL聚合物材料（耐高温树脂）为基底，采用两层倾斜椭圆管的结构设计，通过引入环芯区域在0.4-0.8THz波段成功产生50-52个OAM模式，且在所研究的波段内获得了高模式纯度、低限制损耗和低波导色散等传输特性，相关研究成果以“Design of negative curvature fiber carrying multiorbital angular momentum modes for terahertz wave transmission”为题发表在《Results in Physics》。图1.3D打印负曲率轨道角动量光纤结构图图1展示了基于摩方精密nanoArch S140打印技术的3D打印光纤样品图。光纤整体尺寸为6.57mm，靠近纤芯区域的第二层倾斜椭圆管结构最小尺寸为0.051mm。光纤结构设计完成后，在Comsol Multiphysics有限元仿真软件中选取光纤结构的任一截面进行仿真研究。在研究频段内给定相应的太赫兹频率后，可以获得相应的模场分布，针对相应的模式进行数据收集和处理可以得出所需传输特性。在光纤中产生OAM模式的前提条件是有效生成HE和EH模式，且HEl+1，1与EHl-1，1有效模式折射率差异高于10-4。光纤中的OAM模式合成规则可由公式1表述： (1)根据公式1，在图2中给出了和在0.5THz的线性叠加过程以及相位分布图。图2.和在0.5THz的线性叠加过程以及相位分布如图2所示，和在模式合成后环芯区域有效产生OAM模式的模场分布，并获得[-ℼ-ℼ]的相位分布效果，满足在光纤中产生OAM模式的合成规则。图3是OAM光纤各种传输特性随频率的变化趋势。由图3(a)和(b)可知，光纤产生的所有HEl+1，1与EHl-1，1之间的折射率差异均高于10-4，表明HE和EH模式均可以有效合成OAM模式。图3(c)是光纤的限制损耗特性，限制损耗与光纤的有效传输距离密切相关，由图可知光纤的限制损耗在0.55-0.8THz区间可以达到10-15(dB/cm)量级。图3(d)表示了OAM光纤的低平坦色散趋势，在0.4-0.8THz区间有近零的波导色散参数，有利于太赫兹波在光纤内部的快速传输。OAM模式的高模式纯度特性表明了光纤可以有效携带信息进行传输，由图3(e)所示结果，在0.55-0.8THz区间光纤的OAM模式纯度均高于80%。图3(f)是OAM光纤的有效模场面积特性，一般来说具有较高的有效模场面积可以产生较小的非线性特性，可以进一步提高信息的传输质量。图3.(a)有效模式折射率，(b)有效模式折射率差异，(c)限制损耗，(d)波导色散，(e)OAM模式纯度，(f)有效模场面积随频率的变化趋势 文章链接：https://doi.org/10.1016/j.rinp.2021.104766

p 　　太赫兹波通常指频率处于0.1THz到10THz的电磁波。由于波段独特，太赫兹波在多各领域具有应用潜力，但如何产生可调谐的强太赫兹辐射源是一个长期存在的难题。近三十年的研究表明，等离子体可以把强激光转化成强太赫兹辐射源。其中，2000年提出的“双色场方案”，由于转换效率高和技术简单等优点，得到最为广泛的关注。在双色场方案中，一束常规的800nm激光穿过一块倍频晶体产生的400nm激光，后者与剩余的800nm激光混合，在大气中就能产生MV/cm的强太赫兹波。该方案自提出以来，其物理机制一直存在着争议，存在等离子体电流模型和非线性光学的多波混频两种不同的理论模型。同时，在所有的实验中，两束模型的激光波长比始终固定在2:1，是否能够将其推广至其它波长比尚不清晰。 /p p 　　中国科学院物理研究所、北京凝聚态物理国家研究中心光物理重点实验室L05组王伟民、李玉同和上海交通大学盛政明等人针对以上问题进行了理论和实验研究。2013年，他们首次从理论上预测了双色场方案可以推广到4:1、6:1等波长比。2017年，他们后续的理论工作进一步预测双色场方案可以推广到波长比为2n:1、(n+0.5):1系列(n为正整数)。基于上述理论工作，王伟民与首都师范大学张亮亮、张岩实验团队合作，首次在实验上证实了理论预测，演示了双色场方案在波长比为4:1和3:2时，也能够有效地产生太赫兹波。实验上还观察到，太赫兹波的偏振可以通过旋转较长波长激光的偏振进行调节，但是旋转较短波长激光的偏振时，该偏振调节方法失效 取不同的激光波长比时，太赫兹波能量满足相似的定标率。这些现象与多波混频理论模型给出的关于介电张量对称性、不同波长比条件下太赫兹波能量具有不同的定标率等预测相矛盾。相反地，以上两个实验结果与王伟民等人的等离子体电流模型结果一致：太赫兹波椭圆偏振率正比于(λ长/λ短)4 在不同波长比条件下，太赫兹波能量满足相似的定标率，并在激光强度比较低的情况下满足线性定标率。该系列工作进一步证实了其物理机制应主要归结为等离子体电流模型，对基于“双色场方案”的太赫兹辐射产生和调控具有重要指导意义。 /p p 　　相关研究成果发表在Phys. Rev. Lett.和Phys. Rev. A/E上。该研究得到了国家自然科学基金委、国家重点基础研究计划、中科院战略性先导科技专项、教育部激光聚变科学与应用协同创新中心等的资助。 /p p style=" text-align: center " img title=" 001.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/769c27db-eb3a-41e2-974f-bd8aa56c267c.jpg" / /p p 　　图1.左图中第一束激光波长为800nm，第二束激光波长在1200nm到1600nm间变化，发现太赫兹波能量峰值出现在1200nm和1600nm附近(波长比为3:2和2:1) 右图中第一束激光波长为400nm，当第二束激光波长为1600nm时，出现太赫兹波能量峰值，对应的波长比为4:1。在两幅图中“x”点为实验结果，实线为KLAPS粒子模拟(PIC)结果 /p p style=" text-align: center " img title=" 002.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/c63f7f30-2cd0-46f5-8861-7798530d377e.jpg" / /p p 　　图2.双色场方案中采用400nm和1600nm激光组合，两束激光初始偏振均在水平方向上，然后分别旋转1600nm激光的偏振(左图)和400nm激光的偏振(右图)，让其具有竖直方向的分量。在左图中随着1600nm激光的旋转角从0增加到90度，太赫兹波水平分量逐渐减小，竖直分量先增加再较小 在右图中随着400nm激光的旋转角从0增加到90度，太赫兹波竖直分量始终处于很低的水平。此实验结果与根据等离子体电流模型预测的太赫兹波椭圆偏振率正比于(λ长/λ短)4相符。在两幅图中“o”点为实验结果，实线为KLAPS粒子模拟(PIC)结果 /p p style=" text-align: center " img title=" 003.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/cb95bdae-1c43-4290-b1c4-6f88e6171142.jpg" / /p p 　　图3.太赫兹波能量?THz随激光峰值功率的变化，左图中激光波长比为4:1，右图中波长比为3:2。根据多波混频理论的预测，左图中?THz应该正比于(P1600nm)4，右图中?THz应该正比于(P800nm)2，实验结果不符合这些定标率。当激光功率比较低时(曲线的开始阶段)，在不同波长比情形均满足线性定标率，这与根据等离子体电流模型预测一致。在两幅图中“x”点为实验结果，实线为KLAPS粒子模拟(PIC)结果 /p

近日，复旦大学物理系周磊\孙树林课题组利用由高深宽比（20:1）的硅基人工原子构建的超构表面，在太赫兹波段实现了绝对效率高达88%的透射式自旋解耦双功能器件，例如在不同手性太赫兹光照射下实现聚焦\偏折或双全息成像等等不同功能。相关研究成果以“Bifunctional Manipulation of Terahertz Waves with High-Efficiency Transmissive Dielectric Metasurfaces”为题，于2022年12月在线发表在Advanced Science上。太赫兹（Terahertz，THz）波因其在信息通讯、生物医疗和国防安全等领域具有重大应用需求而备受相关科研人员的关注。然而，传统太赫兹器件由于自然材料在该波段的电磁响应很弱，而普遍存在体积庞大、效率低和功能单一等问题。近年来，具有强大电磁波调控能力和超薄结构特性的超构表面的出现为光学器件的小型化和功能多样化方面带来了新的契机。太赫兹超构表面器件研究在成为太赫兹领域研究热点的同时，也面临着诸多困难与挑战：金属欧姆损耗极大限制超构器件的绝对工作效率，现有全介质超构表面器件存在功能相对单一和效率低等问题。针对这些问题，研究团队提出了利用具有高深比的全介质柱人工原子（例如：纯硅）构建透射式太赫兹高效自旋解耦超构表面功能器件的新思路，并实验验证了不同圆偏振太赫兹光激励下的多功能光场调控（见图1）。图1.高效双功能全介质超构表面的示意图复旦大学周磊教授团队在太赫兹波段基于高深宽比（20：1）全介质人工原子构建了多功能超构器件，实验实现了对左右旋圆偏振入射光的高效（绝对效率88%）且完全不同的波前调控（即自旋解耦）。光学器件的效率和多功能操控一直以来都是一个瓶颈问题，对于透射式器件尤为明显。究其本质是构建超构表面的人工原子既要满足全相位覆盖要求，还要具备高的透射效率。团队发现具有高深宽比的全介质人工原子可同时满足上述条件，同时利用散射相消原理在器件反面引入减反结构可进一步提升器件的绝对效率。团队通过将套刻技术与深硅刻蚀Bosch Process工艺相结合，调节刻蚀（etch）和钝化（passivation）工艺平衡，成功制备出了具有100%偏振转化效率的高深宽比双面介质人工原子（如图2所示）。 图2. 器件加工中的Bosch平衡，器件SEM图以及太赫兹光谱图基于上述高效透射型全介质人工原子，团队充分利用与自旋无关的传输相位和与自旋相关的几何相位这两个独立调控自由度，设计和实现了手性完全解锁的高效双功能波前调控器件。图3 展示了高效双功能波前调控器件所对应的透射相位分布及其对应的人工原子的几何参数和旋转角度分布。团队的太赫兹实验远场实验完美验证了该超构器件对左右旋圆偏振光实现的聚焦和偏折效应，其绝对工作效率高达88%。为了进一步验证该设计方法的普适性，团队进一步设计并实验表征了功能更加复杂的高效全息成像双功能器件。在图4中展示了该太赫兹双功能全息超构器件的实验和模拟结果：该器件在不同圆偏振太赫兹光的激励下，可在器件透射端焦平面的左右两侧呈现不同的全息图像（字母“F”和“D”）。 图3.双功能器件的相位分布与SEM图以及实验测试架构和结果 图4. 全息成像器件SEM图、相位分布图以及近场扫描的实验结果与模拟结果周磊教授团队在此项工作中系统地阐述了利用全介质超构表面实现太赫兹高效自旋解耦多功能波前调控的设计方法，并基于成功制备的高深宽比高达20：1的全硅基超构表面样品，实验验证了具有自旋解锁的聚焦/偏折双功能器件和双功能全息超构器件。此项工作可为实现高效、小型化且多功能的透射式太赫兹器件研究提供新思路和新方法，并为未来的片上光子学研究发展提供更多的可能。复旦大学物理学系博士后王卓与博士研究生姚尧为论文的共同第一作者。复旦大学物理学系周磊教授和复旦大学光科学与工程系孙树林研究员为该论文共同通讯作者。该工作还得到上海大学通信学院肖诗逸教授和复旦大学物理学系何琼教授的大力支持与帮助。该研究工作获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金和上海市科委的项目的支持。

近日，韩国基础科学研究所的Taegyu Pak等人观察到高功率太赫兹辐射从被100太瓦级激光脉冲照射的气体喷射器中发射出来，用于电子的激光视场加速。在氮气靶上，小于10太赫兹时产生了超过4毫焦耳的能量，激光到太赫兹的转换效率约为0.15%。这种强大的太赫兹辐射被认为是由等离子体电子产生的，这些电子在激光脉冲时间尺度上加速。该模型通过粒子在细胞中的模拟和分析计算进行研究，以更好地理解激光尾流场加速中高能太赫兹辐射的产生机制。太赫兹（THz）是位于电磁波谱的微波和红外区域之间的一个频段，这个频段下传统技术在产生和检测辐射方面效率低下，人们正在通过开发新的太赫兹源和检测器来弥补这一缺口。基于激光的太赫兹源由于能够产生相干的、单周期到多周期的、宽带（或窄带）辐射而备受关注。这种源也可以提供与驱动激光的自然同步，允许超快时间分辨光谱和成像。最近，高功率飞秒激光器被用来产生强大的太赫兹辐射，以及探索新的太赫兹驱动的现象，如分子排列，谐波生成和分子加速等。在许多基于激光的源中，基于激光等离子体的源很适合于高功率太赫兹的产生。等离子体已经被电离，因此可以维持高电磁场，当高功率激光脉冲被聚焦到一个小的体积中用于产生能量可存储的太赫兹时，几乎不需要材料损坏。从激光产生的气体和固体密度等离子体中产生的相干太赫兹已经被广泛地研究。在气体中，单色或双色激光产生的等离子体可以通过超快的激光驱动电流产生相干的宽带太赫兹辐射。在双色激光混合中，通过使用中红外激光驱动器，激光到太赫兹的转换效率提高到百分比水平。最近，从一个被高能量皮秒激光脉冲照射的金属箔中观察到了几十毫焦耳的太赫兹能量。然而，与气体靶材不同，高密度的靶材往往会带来靶材碎片和靶材重装的问题，这使得它们不利于用于连续或高重复率的操作。激光尾流场加速器（LWFA）是一种基于气态等离子体的紧凑型电子加速器方案，可以产生宽带电磁辐射。在激光尾流场加速器中产生的相对论性电子束，当它通过相干过渡辐射离开等离子体-真空边界时，可以发射出太赫兹辐射。当电子束的长度与发射的太赫兹辐射的波长可比拟或小于辐射波长时，就会出现这种情况，且单个电子产生的太赫兹场在辐射方向相干叠加。在实验中，用10 TW级激光器从激光尾流场加速器中观察到小于100纳焦的太赫兹能量，太赫兹辐射的波形被单次测量，也被利用来诊断电子束本身。然而到目前为止，激光尾流场加速器输出的太赫兹能量尚未超过微焦水平，人们也没有研究过太赫兹能量的扩展。韩国基础科学研究所的Taegyu Pak等人通过使用相对论激光科学中心（CoReLS）的150太瓦激光器，在激光尾流场加速器中明显增强了太赫兹的产生，达到了多毫焦耳水平。研究人员测试了激光尾流场加速器和各种目标条件下太赫兹的生成，并同时表征了两种光束，以便更好地了解激光尾流场加速器中太赫兹产生的起源。实验结果表明，多兆焦耳的太赫兹生成并不完全由相干跃迁辐射模型解释。研究人员研究了太赫兹产生的另一种可能机制，即由激光推动力和等离子体加速的等离子体电子的相干辐射。实验装置示意图如图1所示，激光脉冲电离气体射流并通过激光尾流场加速器加速等离子体电子，同时产生太赫兹辐射。在电子束通过带有偶极磁铁的电子光谱仪后，测量电子能谱。从等离子体发出的太赫兹辐射被准直，传送到真空室外，然后重新聚集到热释电检测器上进行检测。图1 激光驱动的电子加速和太赫兹生成示意图发出的太赫兹辐射通过其光谱、能量和偏振进行了表征，得到的太赫兹光谱在图2（a）中以散射形式显示，水平误差条代表滤波器传输带的光谱宽度，红线表示放置在光束路径上所有过滤器的整体传输曲线。其偏振通过一个带有热释电探测器的线栅偏振器来表征，收集35个热释电信号并取其平均值，结果显示在图2（b）中。测量的偏振分布是各向同性的，与电子的径向加速所预期的偏振相一致，沿垂直偏振方向有一些明显的增强。图2 太赫兹辐射的光谱和偏振表征

据《每日科学》网站2009年5月31日报道，美国科学家首次设计出一款多像素太赫兹频率(THz)光波调制器，将来有望广泛应用于生物光谱学和半导体结构成像研究。 　　太赫兹辐射是指频率从0.37THz到10THz，波长介于无线波中的毫米波与红外线之间的电磁辐射区域，所产生的T射线在物体成像、医疗诊断、环境检测、通讯等方面具有广阔的应用前景。对太赫兹辐射的正式研究，可以追溯到很多年前，但直到1990年高效生成和检测辐射的方法成为可能后，该研究才变得越来越普遍。 　　美国莱斯大学物理学家丹尼尔米特尔曼和他在桑迪亚和洛斯阿拉莫斯国家实验室的同事，使用一种特异材料来控制太赫兹波束的流出。之所以称之为特异材料，是因为它包含数组微观分裂的金属环，这些圆环可由附近的电极控制。通过调节圆环的电容来调整辐射水平。也就是说，赫兹光(即T射线)可以通过调制器进行转换，由调制器决定光线能否通过。该调制器由16个像素组成，呈4×4阵列。 　　米特尔曼称，第一次对太赫兹波束进行电控非常重要。要使光束能够穿过整个平面，而不呈现线性爆裂状态，进而促成光波成像，这是第一步。调制器的切换速度大约为1兆赫，与现今数据传输的最快速率相比并不算快。但他认为，对许多T射线成像任务来说，高带宽并不是必需的。目前他们正在设计一个较大的32×32像素阵。 　　该研究成果将在2009年激光与电学/国际量子电子学会议(CLEO/IQEC)上提出。该会议将于5月31日至6月5日在美国巴尔的摩召开。

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 太赫兹（THz）作为一种极具潜力的技术，在药物检测、癌症诊断、标记物识别、安检安防、航空航天复合材料无损检测、飞机涂层、文物检测等多个领域具有广阔的应用前景。 strong 目前，太赫兹技术正处于产业化的初始阶段，急需通过产业化推动太赫兹技术的进一步发展。 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 2019年4月，为顺应国家和行业对毫米波太赫兹技术产业化的强烈需求，毫米波太赫兹产业发展联盟正式成立。 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 那么联盟成立一年多的时间，目前情况如何？又做了哪些工作？起到了怎样的作用？ /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 太赫兹技术的产业化情况如何？在哪些领域有望更快实现产业化？ /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 毫米波太赫兹安检作为有望率先实现产业化的应用，目前存在哪些问题？国内的相关企业情况如何？ /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 针对以上问题， strong 近日仪器信息网特别采访了毫米波太赫兹产业发展联盟秘书长刘海瑞，请他就以上问题以及毫米波太赫兹技术未来的发展谈谈自己的看法。 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 以下是采访详细视频： /p script src=" https://p.bokecc.com/player?vid=6A9D31F807E7A7F59C33DC5901307461& siteid=D9180EE599D5BD46& autoStart=false& width=600& height=490& playerid=621F7722C6B7BD4E& playertype=1" type=" text/javascript" /script p style=" text-align: center" br/ /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 237px height: 264px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/0020b2ee-69a0-4d32-a5be-7de95e2f7c08.jpg" title=" 企业微信截图_20201210134245.png" alt=" 企业微信截图_20201210134245.png" width=" 237" height=" 264" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 关于刘海瑞 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 博士、中国信息通信研究院高级工程师。本科、硕士毕业于北京航空航天大学电子工程学院，电磁场与微波技术专业。博士毕业于北京邮电大学，物理电子学专业。博士期间，前往英国卢瑟福阿普尔顿实验室交流访问一年。博士毕业后，进入北京邮电大学信息与通信工程学院博士后流动站工作。出站后进入中国信息通信研究院泰尔终端实验室工作。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 刘海瑞博士主要从事毫米波、太赫兹固态电子电路的研究。进入中国信通院后，依托研究院的行业优势，主要从事新技术、新领域的平台建设。毫米波太赫兹产业联盟的秘书处工作，是自身专业与信通院优势的交叉融合，也是自我发展的从新定位，希望携手志同道合之士，为产业发展添砖加瓦。 /p

近期中国科学院上海光学精密机械研究所李儒新、田野和宋立伟团队在太赫兹波电子加速领域取得重要进展。研究团队基于上海光机所新一代超强超短脉冲激光综合实验装置，利用超强超短激光驱动丝波导产生毫焦耳级太赫兹表面波，并采用表面波进行电子加速，解决了高能量太赫兹波产生以及自由空间太赫兹波至波导能量耦合效率低等难题。该项研究将太赫兹波的产生、传输及耦合集成到波导上，并在波导管中5mm距离实现了最高1.1 MeV的电子能量增益和210 MV/m的平均加速梯度，较当前太赫兹波加速电子能量增益的世界纪录提升了近一个量级，同时为全光学集成化电子加速器研究开辟了崭新途径。相关研究成果于2023年7月13日以“Megaelectronvolt electron acceleration driven by terahertz surface waves”为题发表于《自然光子学》(Nature Photonics)期刊。 　　小型化集成化的电子加速器将极大地推动其在前沿科学与技术领域的广泛应用。利用太赫兹波驱动电子加速作为近十年来发展的新兴加速技术，能够提供比传统射频加速更高的加速梯度，是实现小型化、低成本加速装置的可靠途径之一，有望将加速器的应用推广向包括小型实验室、医院等在内的更多应用场景。 　　当前发展的太赫兹电子加速基于自由空间的太赫兹源技术，太赫兹波产生后，经收集、传输、偏振转换，再聚焦至用于加速电子的波导结构。实验上，为了尽可能提高波导内部的太赫兹加速梯度，需要太赫兹源提供足够的能量以弥补光路中散射、反射，以及模式转换的能量损耗。常见的太赫兹源，例如基于光学晶体产生的太赫兹辐射通常需要经过光学元件的收集及导引，并通过分段波片或相移片进行模式转换，不可避免地造成能量损失。相比自由空间的太赫兹辐射，束缚于介质表面的光学表面波，如表面等离极化激元(surface plasmon polaritons, SPP)，为太赫兹的导引与模式转换提供了全新的思路。 　　研究团队近年来在小型化的激光加速电子源与辐射光源等领域长期探索，并于近期发现了太赫兹表面等离极化激元相干放大机制(Nature 611, 55–60 (2022))，能够实现高功率表面等离极化激元相干辐射源。围绕轴对称金属圆柱形波导上的太赫兹表面等离极化激元的索莫菲波属性，以及对低色散基横磁(TM)模式，研究团队进一步将此高功率的太赫兹表面等离极化激元直接与加速波导耦合，实现了85%的耦合效率，能有效将飞秒激光泵浦金属圆柱波导产生的毫焦耳级太赫兹能量与电子束作用，并最终在5mm长度上使电子获得最高1.1 MeV的能量增益及210 MV/m的平均加速梯度，将当前国际上太赫兹波驱动的电子能量增益最好结果提升了近一个量级。 　　未来，研究团队将基于这一太赫兹表面波模式驱动电子加速的全新方案进一步发展集成化的全光学电子加速技术，并拓展其在小型辐射源及材料检测等领域的交叉应用。 　　相关研究工作的合作团队包括北京航空航天大学与张江实验室等，该工作共同第一作者为上海光机所博士研究生余谢秋与特别研究助理曾雨珊，工作得到了科技部重点研发计划、中科院先导B、基础研究特区计划、中科院人才引进计划、国家自然科学基金、中科院青促会和上海市科技启明星扬帆计划等支持。图1 太赫兹表面波驱动电子加速实验示意图图2 实验测得的最大电子能量增益结果图3 自由空间(a)与金属圆柱波导(b)太赫兹耦合状态下，加速波导内的电场强度对比(c)

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 太赫兹电磁波段具有频谱资源丰富、穿透性强等特点。 /strong 随着太赫兹科学技术研究的不断发展，技术应用需求市场正在形成，其中尤为突出的是对于太赫兹光谱技术应用需求。太赫兹光谱检测与成像技术作为太赫兹领域的基础技术， strong 正在食品安全、公共安全、材料科学及生物技术领域显示出其独特的优势和广阔的应用前景 /strong 。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 在多家科研机构与相关企业的努力下， strong 毫米波太赫兹产业发展联盟拟成立“太赫兹光谱与测试工作组” /strong ，将会对太赫兹光谱技术的应用及其标准化工作产生非常积极的影响，并促进加快太赫兹光谱检测应用的发展，填补我国太赫兹频段物质光谱与材料电磁特性数据库的空白。为了进一步推进太赫兹光谱与测试应用的相关工作，加快服务平台建设， strong 联盟将于2020年1月12日举办“太赫兹光谱与测试应用研讨会”暨“太赫兹光谱与测试工作组”成立大会，旨在分享科研成果，加强企业交流，探讨产业发展道路。 /strong 欢迎各位联盟成员积极参与，献言献策，共同推进太赫兹产业发展。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/55c27dd3-a921-420e-9149-f3c3928176fe.jpg" title=" 捕获1.JPG" alt=" 捕获1.JPG" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " span style=" font-family: 黑体, SimHei font-size: 24px " strong 大会组织 /strong /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 主办单位 /strong ：毫米波太赫兹产业发展联盟 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 承办单位： /strong 莱仪特太赫兹（天津）科技有限公司 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 协办单位： /strong 爱德万测试（中国）管理有限公司 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 天津大学精密仪器与光电子工程学院 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 支持媒体： /strong 仪器信息网 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " span style=" font-family: 黑体, SimHei font-size: 24px " strong 大会信息 /strong /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 会议规模： /strong 120人 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 时间： /strong 2020年1月12日 13:30-17:40 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 地点： /strong 天津高新区党群活动中心三层会议大厅举行（天津市西青区海泰发展三道8号） /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 会议签到： /strong 13:00-13:30，三层会议大厅走廊 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 633px height: 546px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/93942039-2a47-4988-acab-22f423d5b644.jpg" title=" 捕获2.JPG" alt=" 捕获2.JPG" width=" 633" height=" 546" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " span style=" font-size: 24px " strong span style=" font-family: 黑体, SimHei " 报名方式 /span /strong /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 如您需要报名，请扫描下方二维码，填写报名信息，期待您的到来！ /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 194px height: 197px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/89c5de2e-48e4-4e9e-a3b6-675b1c6e2800.jpg" title=" 捕获.JPG" alt=" 捕获.JPG" width=" 194" height=" 197" / /p p style=" text-align: center " span style=" text-indent: 0em " 扫描二维码，填写报名信息 /span /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " span style=" font-family: 黑体, SimHei font-size: 24px " strong 会议赞助 /strong /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 本次研讨会的会场外侧具有上百平米的展示区域， strong 赞助单位 /strong 可展示易拉宝、产品、宣传手册等，感兴趣的单位请与 strong 联盟 /strong （下方主办单位）取得联系。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 联系方式 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 主办单位：毫米波太赫兹产业发展联盟 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 联系人：王贺娟 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 联系方式：17810282650 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 微信公众号：毫米波太赫兹产业发展联盟 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 邮箱：service@chinamta.org.cn /p p br/ /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 承办单位：莱仪特太赫兹（天津）科技有限公司 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 联系人：崔鹤峰 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 联系方式：13672188587 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 微信公众号：莱仪特太赫兹& nbsp & nbsp & nbsp & nbsp /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 邮箱:let@letthz.onaliyun.com /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " br/ /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 关于毫米波太赫兹产业发展联盟（附入会指南及申请表） /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 毫米波太赫兹产业发展联盟（下文简称：联盟）于 2019 年 4 月 26 日上午在京成立，其宗旨是加快我国毫米波太赫兹产业发展，搭建产业协作与孵化平台，充分运用政用产学研，提高产业创新能力，提升我国在通信、自动驾驶、航空航天、安全防护、生物医学、工业互联网等应用领域的技术水平与产业化能力。在政府、产业界、学术界之间发挥桥梁和纽带作用，分享学术界的科研成果，对接企业需求解决实际问题，实现毫米波太赫兹产业创新发展。 /p p style=" line-height: 16px text-indent: 2em " img style=" vertical-align: middle margin-right: 2px " src=" /admincms/ueditor1/dialogs/attachment/fileTypeImages/icon_pdf.gif" / a style=" font-size:12px color:#0066cc " href=" https://img1.17img.cn/17img/files/201912/attachment/e81299b1-fd2d-4fc1-b803-5ff83253195d.pdf" title=" 指南 毫米波太赫兹产业发展联盟入会指南.pdf" 指南 & nbsp 毫米波太赫兹产业发展联盟入会指南.pdf /a /p p style=" line-height: 16px text-indent: 2em " img style=" vertical-align: middle margin-right: 2px " src=" /admincms/ueditor1/dialogs/attachment/fileTypeImages/icon_doc.gif" / a style=" font-size:12px color:#0066cc " href=" https://img1.17img.cn/17img/files/201912/attachment/3ad5e21e-d5a3-4fc7-858e-9a0e1619cf8c.docx" title=" 申请表 毫米波太赫兹产业发展联盟.docx" 申请表 毫米波太赫兹产业发展联盟.docx /a /p

2005年4月11日，中国工程物理研究院在国家863计划强辐射重点实验室学术年会上宣布,该院基于射频直线加速器技术的远红外自由电子激光实验日前取得突破性进展,我国首台可调谐相干太赫兹(THz)光源建成出光,填补了国内空白。 　　该成果是中国工程物理研究院基于射频直线加速器技术的远红外自由电子激光实验所取得的突破性进展。此次发光中心波长115μm，谱宽1H。太赫兹辐射通常指频率在1—10太赫兹区间的电磁辐射，其波段位于微波和红外光之间，是人类尚未完全认识和利用的最后一个波(光)谱区间。 　　中物院有关专家介绍说,中物院下一步将进行结果优化和稳定性改进,并将实验装置做成研究和应用平台,力争使我国太赫兹光源技术及应用研究在国际上占有一席之地。

据麦姆斯咨询报道，近日，滨松光子（Hamamatsu Photonics）开发出全球首款太赫兹图像增强器。该产品具有实时无损成像能力，可应用于食品异物检测和人体扫描等领域。滨松开发的太赫兹图像增强器“THz-I.I.”这款图像增强器“THz-I.I.”是基于滨松多年来开发的成像技术。该公司表示，“THz-I.I.”具有高分辨率和快速响应等特点，允许对通过目标物体传输或从目标物体反射的太赫兹波脉冲进行实时成像。太赫兹波在电磁波中的位置“THz-I.I.”概述图像增强器是主要为星光下的夜视（弱光情况下的辅助视觉）而开发的一种图像增强管。典型的图像增强器包括将入射光转换为电子的光电阴极、放大电子的微通道板、将电子转换为光的荧光屏，所有这些都密封在真空管之中。通过选择光电阴极材料，可以将包括可见光和不可见光在内的入射光转化为电子，然后在真空中进行倍增。这使得能够对发光现象进行高速、高分辨率和高灵敏度成像。滨松一直在与丹麦技术大学（Technical University of Denmark）进行合作研究，以开发利用小型超材料天线将太赫兹波转换为电子的光电转换技术。这种光电转换技术应用于滨松的成像技术，在“THz-I.I.”输入窗口的内表面形成超材料天线。滨松还重新设计了天线结构，以提高将太赫兹波转换为电子的效率——电子在真空中被有效地倍增。太赫兹图像增强器“THz-I.I.”工作原理太赫兹图像增强器“THz-I.I.”主要参数滨松评论说：“我们已经成功开发了一种快速响应、高分辨率的太赫兹图像增强器——THz-I.I.，能够对穿过目标物体或从目标物体反射的太赫兹波进行实时成像。这种太赫兹图像增强器还可以通过改变天线设计以匹配所需的应用，从而对任何频段的太赫兹波进行成像。”该太赫兹图像增强器有望扩大无损检测的应用范围，例如：（1）食品生产中的异物（指甲和薄膜等）的快速在线检测，（2）使用传统的X射线检测技术通常很难检测到污染物。由于太赫兹波对人体无害，“THz-I.I.”也有望应用于安检领域的人体扫描仪，在火车检票口和活动场地入口处进行安全检查时，这将被证明是非常有效的人体扫描手段。在科学研究领域，“THz-I.I.”将用作获取太赫兹光束轮廓或调整太赫兹光学系统的工具。滨松说：“作为未来的目标，我们将继续推进‘THz-I.I.’具有更高的实际使用灵敏度，目标是在一年内开始交付该产品的样品。”

2006年11月，英国物理学家如今正在研制一种杀伤力最强的太赫兹射线，并尝试用它破坏生长在培养器中的皮肤癌细胞。利物浦大学的这一试验将帮助科学家进一步了解太赫兹技术在治疗人类疾病上的运用。据英国广播公司报道，这是科学家首次进行利用太赫兹技术杀伤癌细胞的试验，这一技术还将运用于遗传物质的识别。 　　太赫兹波是指频率在0.1至10太赫兹(波长为3000至30微米)范围内的电磁波，在电磁波谱上位于微波和红外线之间。这一波段的电磁辐射具有很强的透视能力，可以作为一种特殊的“探针”用来对物质内部进行深入研究。 　　太赫兹射线不仅可以检测出脱氧核糖核酸(DNA)物质的转变，而且能够帮助医生根据个体患者的遗传信息实施相应的药物治疗。此外，由于太赫兹波具备穿透衣服、纸张、木头、墙体、塑胶和陶瓷等物体的能力，因而还被运用于探测隐秘武器、识别爆炸物和毒品。太赫兹波还能“感受”到分子的振动和旋转，因而可以用来对物质的内部进行深入研究。利物浦大学的研究人员如今正在开发这一“杀伤力”最为强大的技术，使其广泛运用于各个领域。 　　研究人员指出，细胞死亡的形式分成两大类：一是凋亡——细胞招致损伤而导致胀大和破裂 二是细胞的计划性死亡——细胞的自然老化。前者是在液体环境下迅速变化完成的，而后者则不是。这两种形式的不同之处在于细胞保持水分程度的差异。 　　利用太赫兹射线治疗皮肤癌正是建立在这样的理论基础之上——癌细胞与其他组织水分中的细胞差别甚微，通常癌细胞相对来说更大、更活跃。因而，含水量较多的癌细胞才能被组织水分中大量吸收的太赫兹射线杀死。 　　研究人员认为，现在迫切需要的就是从第四代光源中制造高能量太赫兹射线。太赫兹成像和太赫兹光谱能够破译出在低能量太赫兹射线下所得到的肿瘤影像的结构和成分 能量高的太赫兹射线有利于近场成像。而高清晰度的太赫兹成像和太赫兹光谱对识别癌细胞非常重要。 　　据介绍，基底细胞癌(BCC)是最常见的皮肤恶性肿瘤。这种皮肤癌细胞会对皮肤、组织甚至骨头造成损害，并且能导致死亡。40%的患者会转化为多发性病变。脸和脖子是最为常见的局部病变部位，常常需要实施大规模的整形外科手术。英国每年有3万多起BCC案例，65岁以上的人中有1/5的人可能罹患该病。 　　参与此项研究的利物浦大学物理学教授Peter Weightman说：“第四代光源的产生与直线加速器原型密不可分。而破坏组织培养器中癌细胞的太赫兹射线的部分能量来源就是加速器周围高速运转的电子。”“培养器是用来繁殖皮肤癌细胞的，而太赫兹射线是用来轰击这些癌细胞的。当太赫兹射线照射到培养器的时候，射线波被浸泡癌细胞的液体吸收，吸收放射性物质后的液体进入到癌细胞内部，从而将癌细胞彻底杀灭。”他补充道。 　　据悉，开发太赫兹射线项目是由英国西北地区发展署资助的，该项目的开发将用到由达斯伯里实验室开发的第四代光源的原型。

1. 太赫兹技术太赫兹（Terahertz，THz）又称远红外波，被评为“改变未来世界的十大技术”之一，其频率位于0.1 THz至10 THz，如图1所示。从能量辐射角度，太赫兹辐射能量介于电子与光子之间，在无线电领域被称为亚毫米波，在光学领域通常被命名为远红外辐射。太赫兹波段两侧的微波与红外波段技术研究已经非常成熟，且得到了广泛应用。然而，由于太赫兹源的功率强度和太赫兹接收器的探测灵敏度落后于邻近的微波和红外波段，一定程度上限制了太赫兹技术发展，使得该频段很长一段时间被称为“太赫兹间隙”。从本世纪八十年代中期以来，伴随着物理学超快激光技术的发展，太赫兹源越来越强大，探测器也越来越灵敏，太赫兹技术得以迅猛发展。太赫兹时域光谱技术、太赫兹成像技术以及利用非线性效应产生大功率太赫兹是其中为数不多的重大突破，将太赫兹研究推向了中心舞台。太赫兹技术在无极性非金属材料检测方面明显优于传统方法，而且比其他方法有更高的时间分辨率，极大促进了太赫兹技术在无损检测领域应用。图1 THz波频谱分布2. 太赫兹时域光谱系统依据太赫兹波源类型差异，太赫兹检测技术可分为脉冲型和连续型。连续型太赫兹成像系统效率较高，但其频谱宽度较窄且缺乏时间信息。这促使脉冲型太赫兹时域光谱（Terahertz-time domain spectroscopy, THz-TDS）技术成为无损检测与分析领域的“舞台新星”。该技术具有以下独特优点：（1）相干性：由于光电导与光整流产生太赫兹脉冲的独特机制，使得其单色性较好，具有极强时间与空间相干性，太赫兹脉冲的相干长度甚至可以达到ns量级。这一特性使太赫兹相干测量技术得以实现。（2）强穿透性：太赫兹的穿透性与物质的颜色等物理性质无关，仅仅取决于物质的极性，太赫兹无法透过极性物质，而对于纸张、陶瓷以及涂层等非极性材料，太赫兹对绝大部分非极性物质具有极强的穿透性，其透过非极性物质时能量衰减极小。（3）低能性：相较于物质中各种化学键的键能，1 THz单光子能量远低于键能，一般仅仅为4.1 meV，不会引起物质发生电离作用，也就不会导致被测物质损伤，从而保证了该技术的安全性。（4）瞬态性：太赫兹脉冲时间宽度通常仅为皮秒量级，甚至能达到亚皮秒量级，可以用于材料的超快过程研究。（5）特征指纹性：脉冲太赫兹辐射的频谱范围从数百GHz到几THz，而许多生物大分子的振动和转动能级、以及半导体和超导材料的声子振动能级均落在太赫兹频段。分子振动和转动能级在太赫兹频段往往具有独特的吸收峰，这种独特的吸收特性使得每种物质拥有独一无二的指纹吸收谱。因此，特征指纹性使得太赫兹技术在光谱分析和物质识别等方面具有得天独厚的优势和广阔的应用前景。太赫兹时域光谱系统检测原理，如图2所示。图2 太赫兹时域光谱系统原理飞秒脉冲激光器产生飞秒脉冲激光，脉冲激光在光纤中传输会产生色散、偏振以及非线性效应等，这些现象均会对脉冲品质产生不利影响。在光纤中传输后的飞秒脉冲激光首先需要进行色散补偿，再由偏振分束镜将飞秒激光分为探测光和泵浦光两束，探测光将会直接照射在用于探测的光电导天线上，另一束泵浦光先汇聚在太赫兹发射器上并通过光电导天线两侧的偏置电压产生THz脉冲。最后用准直透镜和非球面聚焦透镜对THz脉冲聚焦后，将THz脉冲准直聚焦照射在待测样品上，携带样品信息的THz信号再次经过分束器的反射后返回太赫兹探测器，光电导天线检测器上的探测光通过测量THz电场的变化来获得微弱的电流信号，该电流信号经过锁相放大等操作后转化为THz时域信号波形，最后计算机通过A/D转换器等效采样收集获得样品的THz检测信号。3. 太赫兹无损检测技术研究进展由于太赫兹技术的安全性、高分辨率和无接触非破环性等优点，在无损检测领域备受关注，该技术在检测领域主要可分为以下两个方面：（1）缺陷成像太赫兹（Terahertz, THz）成像技术在许多领域被视为最前沿技术之一，在无损检测中取得了巨大进步。中国矿业大学范孟豹教授课题组在THz成像取得了相关研究进展。2020年，该团队基于时域有限差分数值模型模拟了热障涂层不同脱粘缺陷情况下的太赫兹信号，基于支持向量机方法实现了缺陷自动辨识。同年，发表了太赫兹成像技术进展综述论文。2021年，团队分析了太赫兹图像乘性噪声产生机理，提出基于同态滤波的THz图像增强模型，消除了太赫兹图像局部伪影，提高了图像的边缘强度。同年，课题组结合蜂窝材料纹理提出了新型滤波算子，称为苯环算子，消除了边缘与高斯-泊松噪声在高频混叠现象，提高成像质量。同时，撰写了THz超分辨率成像系统与信号处理技术综述论文。图3 苯环算子去噪方法（2）参数检测参数测量是表征材料服役与状态关键一环，在无损检测行业中备受关注。White首次使用反射式THz时域光谱系统对热障涂层厚度进行检测，但在其研究中取热障涂层折射率为固定经验值，并不能适用不同制备工艺条件和所有服役工况下的热障涂层；Fukuchi提出定位THz反射信号的三个反射峰，通过朗伯比尔定理获得了热障涂层的折射率，该方法需要THz信号的反射峰，不适应于薄涂层与多层结构的涂层。Krimi等人利用广义的Rouard模型来模拟任意多层薄膜内的太赫兹波与物质的相互作用，然而其使用的遗传优化算法存在收敛速度慢、控制变量较多等问题。近年来，随着人工智能方法快速，发展太赫兹与机器学习相结合参数测量方法应用广泛。中国矿业大学范孟豹教授课题组在参数测量方面取得了相关研究进展。2020年，范孟豹教授团队构建了多层涂层太赫兹信号解析模型，提出了基于全局优化算法减小实验与仿真信号间残差，反演出涂层厚度与折射率参数。2021年，课题组提出了差分进化自适应教与学优化算法，平衡全局与局部寻优能力，准确求解出热障涂层材料参数。同年，课题组针对Fuhucki方法需要手动定位反射的问题，提出了将长短时记忆神经网络与太赫兹技术相结合，完成了时域信号中多反射峰自动定位，实现热障涂层厚度与折射率在线测量。2022年，团队从THz参数测量机理出发，分析出折射率测量需要频域信息，据此开展了小波时频研究，并基于卷积神经网络建立了时频图与厚度、折射率间数学映射。同年，团队提出了全新的THz参数测量视角，深入探究了THz波与热障涂层间作用机理，发现了THz信号前两反射峰携带了测厚关键信息，阐述了实验与仿真信号在峰值处吻合度高的原因。据此，提出了基于模型驱动的THzResNet网络新结构，形成了可解释网络框架，最终实验结果表明THzResNet能够准确预测出热障涂层厚度，测量误差小于1%。图4 多反射峰自动定位方法图5 THzResNet新结构4. 总结随着材料科学技术进步，非金属材料应用逐渐广泛，使得具有非接触、非电离、波长短等优点太赫兹技术必将成为无损检测行业新星，解决缺陷成像与光学参数测量的行业痛点问题。作者简介范孟豹，博士，教授，博士研究生导师，机器人工程系主任，专业负责人，入选江苏省六大人才高峰资助计划。2009年6月毕业于浙江大学控制科学与工程专业，获工学博士学位，2015年1月至2016年1月在英国Newcastle University大学做访问学者。主要研究方向为智能机器人感知理论及应用研究。作为项目负责人，主持国家自然基金项目3项、JKW基础加强项目子课题、“863”计划子课题、江苏省自然科学基金面上项目、高等学校博士学科点专项科研基金新教师项目、国家博士后科学基金特别资助项目、国家博士后科学基金面上项目等项目，承担各类项目近30项。在国内外期刊及学术会议上发表SCI收录论文50余篇、EI收录10余篇。申请国家发明专利40余项，授权发明专利25项，出版专著1部。获国家安全生产监督管理总局科技进步一等奖、浙江省科技进步三等奖、中国腐蚀与防护学会一等奖等省部级奖励3项。担任科技部重点研发项目评审专家、教育部和浙江省科技奖励评审专家、国家自然科学基金项目函评专家、重庆与江西省基金项目评审专家，担任IEEE Transactions on Industrial Informatics、IEEE Transactions on Industrial Electronics、Mechanical Systems and Signal Processing、IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement、NDT&E International、Measurement、IEEE Sensors Journal、机械工程学报、中国机械工程等30多个期刊审稿人。欢迎对太赫兹检测技术有兴趣的同行通过邮件联系：wuzhi3495@cumt.edu.cn。近三年课题组与太赫兹检测技术相关的学术论文：(1) 参数测量[1] Binghua Cao, MengyunWang, Xiaohan Li, Mengbao Fan, et al. Accurate thickness measurement of multilayer coatings on metallic substrate using pulsed terahertz technology. IEEE Sensors Journal, 2020, 20(6): 3162-3171.[2] Fengshan Sun, Mengbao Fan, Binghua Cao, et al. Terahertz based thickness measurement of thermal barrier coatings using long short-term memory networks and local extrema[J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2022, 18(4): 2508-2517.[3] Fengshan Sun, Mengbao Fan, Binghua Cao, et al. THzResNet: A physics-inspired two-stream residual network for thermal barrier coating thickness measurement [J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2022, Early Access.[4] 孙凤山, 范孟豹, 曹丙花, 等. 基于时频关键信息融合的热障涂层太赫兹准确测厚方法. 机械工程学报, 2022. (录用).[5] 曹丙花, 郑德栋, 范孟豹, 孙凤山, 等. 基于太赫兹时域光谱技术的多层涂层高效可靠测厚方法[J]. 光学学报, 2022, 42(01): 127-137.(2) 缺陷成像[1] Binghua Cao, Enze Cai, Mengbao Fan. NDE of Discontinuities in thermal barrier coatings with terahertz time-domain spectroscopy and machine learning classifiers[J]. Materials Evaluation, 2021, 79(2) :125-135.[2] 曹丙花, 李素珍, 蔡恩泽, 范孟豹, 淦方鑫.太赫兹成像技术的进展[J]. 光谱学与光谱分析, 2020, 40(09): 2686-2695.[3] 曹丙花, 张宇盟, 范孟豹, 孙凤山, 等. 太赫兹超分辨率成像研究进展[J]. 中国光学, 2022, 15(03): 405-417.[4] 孙凤山, 范孟豹, 曹丙花, 等. 基于几何纹理与Anscombe变换的蜂窝材料太赫兹图像降噪模型[J]. 机械工程学报, 2021, 57(22): 96-105.[5] 孙凤山, 范孟豹, 曹丙花, 等. 基于混沌映射与差分进化自适应教与学优化算法的太赫兹图像增强模型[J]. 仪器仪表学报, 2021, 42(04): 92-101.

据美国物理学家组织网2010年6月30日(北京时间)报道，美国科研人员开发出了首个集成太赫兹(THz)固态收发器，新设备比目前使用的太赫兹波设备更小，功能更强大。相关研究成果发表在最新一期的《自然光子学》杂志上。 　　太赫兹技术是近年来十分热门的一个研究领域，2004年被评为影响世界未来的十大科技之一。美国能源部桑迪亚国家实验室的研究人员将同一块芯片上的探测器和激光器结合在一起，制造出了该接收设备。在实验中，研究人员将一个小的肖特基二极管嵌入一个量子级联激光器(QCL)的脊峰波导空腔中，让能量能够从量子级联激光器内部的磁场直接到达二极管的阴极，而不需要光耦合通路。这样，研究人员就不需要再为制造这些收发器等设备所需要的光学“零件”如何定位而“抓耳挠腮”了。 　　新的固态系统利用了太赫兹波发出的频率。太赫兹波是指频率在0.1THz—10THz范围的电磁波，介于微波与红外之间，它能够穿透非金属材料，从而为安检、医学成像提供新的手段，在物体成像、医疗诊断、环境检测、通讯等方面具有广阔的应用前景。 　　量子级联激光器是产生太赫兹辐射的重要器件之一，科学家于2002年演示了半导体太赫兹量子级联激光器。太赫兹量子级联激光器的一个优势在于其能够同其他组件一起被整合在同一个芯片上。然而，此前要想装配出灵敏的相干收发器系统，研究人员需要将零散的、并且常常是巨大的组件组合到一起。而现在，研究人员只是将太赫兹量子级联激光器和二极管混频器整合在一个芯片上，就可以组成一个简单实用的微电子太赫兹收发器。 　　研究人员也证明，新的太赫兹集成设备能够执行以前组件零散的太赫兹系统的所有基本功能，例如传输相干载波、接受外部信号、锁频等。

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 等离子体激光器由于其本身的亚波长金属腔而经受着低输出功率和光束发散的困扰。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 近日，里海大学（Lehigh University）的科研人员研制出一套方案，可以显著提高激光的发射效率和改善光束质量，研究人员称之为锁相的方案。通过该应用，可以实现目前为止最高高功率的太赫兹激光输出。他们研制出的激光可以产生迄今为止最高的发射效率，并且适用于任何单波长半导体激光量子级联激光器。 /strong /p p style=" text-align: center" strong img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 470px height: 530px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/13f65aca-5a4c-4d3c-b367-43abbfff42c9.jpg" title=" 截屏2020-07-01 下午5.15.13.png" alt=" 截屏2020-07-01 下午5.15.13.png" width=" 470" height=" 530" / /strong /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 文章截图 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 阵列的金属微腔穿过等离子体波而实现纵向地耦合，从而导致单个光谱模的发射和衍射局限在表面法线方向形成单瓣光束。研究人员将这一方案应用于太赫兹等离子体量子级联激光器（quantum-cascade lasers，QCLs）和测量峰值功率超过2 W的单模 3.3 THz QCL在窄单瓣光束时的发射，条件为运行温度为58K时的紧凑型斯特林制冷机。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 新的等离子体激光器锁相方案，与以往在半导体激光器方面的大量文献中对锁相激光器的研究截然不同，该方法利用电磁辐射的行波作为等离子体光腔锁相的工具。同早期的工作相比较，研究人员展示了在功率上可以有一个数量级的增加和至少30倍高的平均功率强度的单模太赫兹QCLs存在。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 该方法获得的太赫兹激光辐射效率是迄今为止任何单波长量子级联所能达到的最高水平，也是首次报道这种量子级联的辐射效率超过50%。这一高效率可以说超过了研究人员一开始的预期，这也是为什么他们研制的激光器的输出功率会显著的高出以前的激光器的原因。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 这项工作的主要创新在于光学腔的设计，它在某种程度上独立于半导体材料的特性。研究人员认为，在利哈伊大学的利哈伊大学光子学和纳米电子学中心，新获得的电感耦合等离子体（ICP）刻蚀工具在推动这些激光器的性能边界方面发挥了关键作用。这一研究报道可以说是单波长太赫兹激光的范式转变，窄的光束将会得到发展和在将来继续发展，同时研究者认为在将来太赫兹的前途非常光明。 /p

p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 太赫兹（THz）波段位于微波和红外之间，处于电子学向光子学的过渡区域，具有穿透性强、带宽大、光子能量低等独特优势，在药物检测、癌症诊断、标记物识别、安检安防、航空航天复合材料无损检测、飞机涂层、文物检测等多个领域具有广阔的应用前景，被多国定义为“改变未来世界十大技术之一”。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 以2005年在北京举行的第270次香山科学会议为起点，我国太赫兹科学与技术研究的深度、广度和学术队伍都得到迅速发展，并取得了一批重要成果，特别是毫米波太赫兹安检领域，技术已逐渐成熟，在机场、地铁、医院等公共场所已经开始了实际的应用，毫米波太赫兹安检将成为该领域最早实现产业化的应用。据推测，2025年全球毫米波太赫兹安检产品市场将达到600亿美金。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 胡伟东，北京理工大学毫米波与太赫兹技术北京市重点实验室博士生导师，首都师范大学教育部太赫兹重点实验室外聘教授，毫米波太赫玆产业联盟副理事长，主要研究领域是毫米波/太赫兹空间探测与遥感技术。承担国家自然科学基金重大科学仪器项目、“十二五”民用航天太赫兹成像重大项目，国防重大项目等，目前已有三项成果通过部级鉴定，填补国内空白。2011年获中华人民共和国国防科学技术进步奖，排名第一；2012年，研制国内第一部220GHz太赫兹雷达，并取得良好实验结果，2016年在敦煌和新疆率先开展了太赫兹雷达远距离探测研究。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 毫米波太赫兹安检技术作为最有希望率先实现产业化的技术，目前发展状况如何？目前应用情况如何？ /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 毫米波太赫兹安检还有多久能够实现真正意义的产业化？ /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 2020年是毫米波太赫兹安检产业化的“元年”，有哪些标志？ /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 未来毫米波太赫兹安检国内外市场情况如何？ /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 今年新冠疫情及中美关系，对毫米波太赫兹安检领域造成了哪些影响？ /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 针对以上问题，仪器信息网特别采访了北京理工大学博导/毫米波太赫玆产业联盟副理事长胡伟东，请他就以上问题分享了其观点和想法。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 以下是采访详细视频： /p script src=" https://p.bokecc.com/player?vid=73605031426541E29C33DC5901307461& siteid=D9180EE599D5BD46& autoStart=false& width=600& height=350& playerid=621F7722C6B7BD4E& playertype=1" type=" text/javascript" /script

太赫兹波，指频率为0.1-10 THz的电磁波，位于微波和红外之间，属于电子学与光子学的过渡区间。由于具有光子能量低、穿透力强、特征光谱分辨能力好等属性，太赫兹技术在生物传感、无损检测以及高速无线通讯等领域具有重要的应用前景。然而，由于自然界中的天然材料在太赫兹频段没有电磁响应，导致太赫兹频段的功能材料和器件非常匮乏，这也是造成太赫兹技术尚未广泛应用的重要原因。THz超材料，一种新型的周期性人工电磁材料，其性质主要取决于所设计的结构，通过特定的结构设计，可获得与自然界已知材料截然不同的电磁性质，从而实现丰富的功能器件，如吸波器、调制器和偏振转换器等。目前常见的太赫兹超材料，主要由光刻工艺制备得到，存在制备工艺复杂、加工成本高的问题。此外，目前宽带吸波器常采用上下重叠式多层结构设计，其在太赫兹频段所需的多步光刻工艺更是进一步提高了加工难度及成本。因此，探索太赫兹器件的无光刻、低成本、简单高效的制备方法获得超宽带太赫兹吸波器，将有利于促进太赫兹技术的繁荣发展。 近日，西安交通大学张留洋教授课题组提出了一种偏振不敏感的超宽带太赫兹吸波器设计及其制备方法，该超宽带吸波器由叠堆于类宝塔基底表面的多层环形谐振器构成，通过相邻谐振器共振模式的重叠实现带宽的扩展，最终通过叠堆12层圆形和环形谐振器实现1.07-2.88 THz频段的近完美吸收。该研究结合微尺度3D打印技术（nanoArch S130，摩方精密）制备得到实验样件，实验测试结果验证了宽带吸收机理的准确性。该成果以“Three-Dimensional Printed Ultrabroadband Terahertz Metamaterial Absorbers”为题发表于国际期刊Physical Review Applied上，该研究工作由西安交通大学机械工程学院博士生沈忠磊与硕士生李胜男共同合作完成。图1 具有面外形态的太赫兹吸波器结构示意图图2 太赫兹超宽带吸收谱 通过结合微尺度3D打印技术，超宽带太赫兹吸波器可由简单的三步工艺制备得到。其中，周期性阵列的三维类宝塔结构采用面投影微立体光刻3D打印技术（nanoArch S130，摩方精密）加工得到。实验结果表明：得益于高精度的微尺度3D打印技术，测试所得的宽带吸收谱谐振频率和吸收幅值均与数值模拟结果较为吻合。图3 太赫兹超宽带吸波器实验验证（其中单元周期Px=Py=185μm，顶层圆形谐振器半径r12=10μm, 叠堆环形谐振器宽度w=6μm，叠堆层厚Dt=10μm） 此外，文章进一步证明了该制备方法之于常见太赫兹窄带吸波器制备的适用性。实验结果表明：两种太赫兹窄带吸波器的吸收谱测试结果与数值模拟结果和理论结果均较为吻合，表明基于微尺度3D打印技术的制备方法同样可实现对常见太赫兹窄带吸波器的高质量制备。图4 太赫兹窄带吸波器实验验证原文链接：https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.16.014066官网：https://www.bmftec.cn/links/10

近日，美国布朗大学物理系的Angela Pizzuto等人完成了第一个使用蓝光的扫描近场显微镜的实验演示。通过410纳米的飞秒脉冲，研究人员直接从体硅中产生太赫兹脉冲，以纳米级的分辨率进行空间分辨，这些信号提供了使用近红外激发无法获得的光谱信息。他们开发了一个新的理论框架来解释这种非线性相互作用，使得材料参数的精确提取成为可能。这项工作为使用扫描近场显微镜方法研究技术上相关的宽带隙材料建立了一个可能的新领域。上世纪90年代中期，散射型扫描近场光学显微镜（s-SNOM）的出现，改变了亚波长光学领域。这种技术涉及到将电磁辐射耦合到一个尖锐的亚波长金属尖端，并随后在远场测量从该尖端-样品交界处散射的辐射。在过去的十年里，这种近场测量的方法在光谱的红外和太赫兹区域产生了显著的影响。基于孔径的亚波长光谱学方法是具有挑战性的，随着波长的增加，入射波与金属尖端的耦合变得更容易，而空间分辨率仍然受到尖端尺寸的限制。关于短波长辐射与纳米级尖端的耦合是一项艰巨的任务，阻碍了对重要的宽带隙材料的纳米级研究，如硅和氮化镓等。这些材料已经用低于带隙的激发方式在近场进行了线性光学研究。将纳米级的非线性光学方法应用于其他材料已比较成熟，但由于将该方法应用于这些高度相关的材料系统一般需要更高的能量光激发，至今还没有实现。布朗大学的Angela Pizzuto等人描述了一个入射光子能量超过3eV的扫描近场光学显微镜测量。使用410纳米的飞秒脉冲，研究人员照亮了一个锋利的金属原子力显微镜（AFM）尖端，并通过二阶非线性光学过程诱导来自几种不同材料的太赫兹发射，以实现具有纳米级空间分辨率的激光太赫兹发射显微镜（LTEM）。由于宽直接带隙以上的双光子激发，泵浦光子的高能量使大块晶体硅的强太赫兹发射成为可能。激光太赫兹发射显微镜的特性导致了对光学对准的要求大大放宽；传统的线性扫描近场光学显微镜使用纳米尖来限制入射波，这种聚焦短波长辐射在纳米尖下的精确对准实际上是有挑战性的。在实验中，通过对一小部分的宏观光生太赫兹偶极子的外耦合，可以获得纳米级的分辨率，研究人员首次实现了在扫描近场光学显微镜中使用紧密聚焦的蓝光。他们得到了第一个硅的近场激光太赫兹发射显微镜图像，并将结果与太赫兹扫描近场光学显微镜通过尖端的太赫兹脉冲的弹性散射获得的结果相比较。图1是激光路径和扫描近场光学显微镜实验装置示意图。近红外、蓝光和太赫兹光束分别产生，其中太赫兹脉冲使用传统的光电导天线产生，所有的三束光重叠并耦合到原子力显微镜中。散射或发射的太赫兹脉冲在另一侧通过自由空间电光采样进行相干检测。图1 实验装置示意图为了说明在宽带隙材料中使用激光太赫兹发射显微镜的价值，研究人员使用硅片作为样品，它在近红外激发下不会发出明显的太赫兹辐射。该硅片有一个小的区域，受到了离子注入，随后的退火激活了这个区域注入的掺杂物。这样硅片包含两个掺杂密度非常不同的区域，它们之间有一个清晰的边界。研究人员对这个边界区域进行了线性和非线性测量，并对结果进行比较。图2 硅样品的太赫兹辐射。（a）太赫兹脉冲 （b）太赫兹脉冲峰峰值与泵浦光束的平均功率之间的关系首先，当用超快蓝光泵浦时，未注入的基底和注入的区域都会发出太赫兹脉冲。图2a显示了由蓝光激发的THz脉冲，在探针敲击频率的二次谐波处解调得到的结果。可以观察到，轻度掺杂的基底比重度掺杂的植入区域产生明显更多的太赫兹发射。为了更好地理解太赫兹的产生机制，研究人员测量了发射的太赫兹峰峰值与蓝色泵浦光束的平均功率之间的关系，如图2b所示。当功率在大约2 mW以上，太赫兹发射强度受蓝光功率增加的影响较小；事实上，一旦泵浦通量足够高，很大一部分可用的电荷载流子将被光激发，任何多余的泵浦光子将被高的局部导电性屏蔽。由图2b中的插图可以看出，发射的太赫兹场的振幅和泵浦光功率之间有一个明显的二次方关系。这表明THz产生的主要机制是双光子吸收；价带中的载流子吸收了超过6 eV的泵浦能量，并被激发到远高于块状Si的宽4.2 eV的直接带隙之上。该实验结果为扫描近场光学显微镜方法在宽带隙材料上的应用提供了新的可能性。

p 　　英国曼彻斯特大学的一个研究小组使用石墨烯等离子体的独特特性开发了一款可调谐太赫兹激光器。该成果发表在《科学》杂志上，该论文描述了研究小组的实验方法、所制作的四个原型、激光器的效果，以及他们将新技术应用到可用设备中的计划。马可· 波利和意大利理工学院在同一期对该研究团队的工作提出了一些意见，并就该技术可能发挥重要作用的领域提供了一些评论。 /p p style=" text-align: center " 　　 img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/insimg/2105af08-51ed-4216-b28b-0c7fff9552fe.jpg" title=" untitled.png" / /p p 　　在太赫兹范围内工作的激光器可用于多种应用，因为其光束能够穿过衣物或覆盖物。这种激光器已制造出来，但迄今为止，只有一个固定波长，这限制了其在现实环境中的实用性。英国研究小组的这项新研究找到了一种方法，可调太赫兹激光器的波长，或许会改变太赫兹激光器的现状。 /p p 　　为了研制新的激光，该研究小组使用石墨烯替代激光器中的金属，因为石墨烯的波长可以在电场中被改变。他们开始通过一系列砷化铝镓量子点和不同厚度的砷化镓井放置在基板上，随后用黄金制成的波导将其覆盖。再将一层石墨烯放置在黄金层的顶部，研究人员减少了裂缝迫使电子穿过井之间的隧道。最后用聚合物电解质覆盖该三明治结构，并用悬臂梁的方式调谐激光器。 /p p 　　该实验制备出一个能产生太赫兹光束的器件，但不可能用于日常应用中。研究组又制备了四个原型，并在各种情况下对这些原型进行了测试。该团队相信这些器件，他们称其为“概念证明”，可以修改以实现电压控制，从而适用于每个狭缝，这将使器件具有更大的调控性。此外，波利还指出一个问题，即聚合物会防止悬臂梁背面的尖端与石墨烯片足够接近，阻碍精确控制的实现。(工业和信息化部电子科学技术情报研究所 张慧) /p p br/ /p

“飞秒激光”———瞬间发出的功率比全世界发电总功率还大的奇特之光 “太赫兹频段”———电磁波谱中有待进行全面研究的最后一个频率窗口。2009年12月23日，在中国计量院昌平实验基地举行的两场课题鉴定会上，与会专家一致认为，我国在飞秒脉冲激光参数测量、太赫兹产生与测量等前沿光学计量领域已经达到了国际一流研究水平。 　　激光曾被视为神秘之光。近年来，科学家研究发现了一种更为奇特的光———飞秒激光。飞秒激光是一种以脉冲形式运转的激光，具有非常高的瞬时功率，比目前全世界发电总功率还要高出百倍。它还能聚焦到比头发直径还要小的空间区域，使电磁场的强度比原子核对其周围电子的作用力还要高数倍。 　　在飞秒激光的各项研究中，其参数的准确测量对飞秒脉冲激光产生、传输、控制等各个过程的研究和应用具有重要作用。由中国计量院光学所完成的课题“飞秒脉冲激光参数测量新技术研究”自主研究并建立了准确、可靠、稳定、实用的飞秒脉冲激光参数测量装置，对飞秒脉冲激光参数测量引起误差的各种因素做了系统、深入的研究，实现了对飞秒脉冲激光时域波形、光谱相位、脉冲宽度、峰值功率等参数的准确测量。“我们首次提出并实现了飞秒脉冲光谱相位和光学元件色散特性测量的新方法和新技术，降低了传统方法的光谱相位测量不确定度和误差，将飞秒脉冲激光参数的准确度提高到一个新水平。”课题组主要成员邓玉强介绍，课题组的创造性研究成果已多次被日本北海道大学、法国圣艾蒂安大学、中国工程物理研究院、中科院上海光机所等国内外著名研究机构引用，促进了超短脉冲激光研究和应用技术的发展，提升了我国在超短脉冲激光参数测量领域的国际地位。在课题鉴定会上，专家组也认为，该课题的完成标志着我国在前沿光学计量领域达到了国际一流水平。 　　飞秒激光参数测量技术等超快技术的发展直接推动了光学计量另一前沿高端技术的进步，那就是太赫兹研究。据介绍，太赫兹频段是指频率从十分之几到十几个太赫兹，介于毫米波与红外光之间相当宽范围的电磁辐射区域。长期以来，由于缺乏有效的太赫兹辐射产生和检测方法，人们对于该波段电磁辐射性质的了解非常有限，该波段也被称为电磁波谱中的“太赫兹空隙”，是电磁波谱中有待进行全面研究的最后一个频率窗口。 　　谈到太赫兹研究的运用领域，中国计量院光学所所长于靖仿佛一下子打开了话匣子：“太赫兹的作用简直太大了。在食品领域，不同的物质在太赫兹波段存在不同的吸收谱线，因此可以利用这一特性识别物质成分，检验食品中的有害物质。如识别大豆油、花生油、混合油、地沟油等，识别油水混合物中油的含量，检验奶粉中是否含有三聚氰胺等 在纺织品领域，丝绸、尼龙、棉布、麻布、皮革等都有独特的太赫兹吸收谱线，利用这一特性可以将太赫兹作为检验纺织品材料和质量的手段 在医疗领域，生物体内的水分对太赫兹有较强的吸收，而病变细胞由于所含水分减少，从而吸收减少。利用这一特性可以用太赫兹区分健康细胞与病变细胞 在安全检验领域，太赫兹可以区分毒品，如大麻、兴奋剂、摇头丸等。太赫兹也是探测地雷、炸药、爆炸物等危险品非常有效的光源。用太赫兹成像还可以观察到恐怖分子是否带有凶器，太赫兹也能透过建筑物观察到内部的情况，在反恐方面有重大的应用前景。”除此之外，太赫兹在航空航天、天文、生物、药品制造等多个领域都有非常重要的应用。 　　太赫兹广泛而重要的应用前景使它被认为是改变未来世界的十大技术之一。但是，太赫兹研究中存在很多需要突破的关键问题。“最难的就是太赫兹的产生以及相关参数的测量。”于靖介绍说，刚刚完成鉴定的“太赫兹脉冲产生与时频特性测量方法研究”课题正是将太赫兹的产生和测量作为研究重点，课题组在对太赫兹产生、传输和探测方面进行了大量实验和自主研究，突破了太赫兹辐射与测量一系列关键技术，最终产生了(0.1-3.5)THz的宽带相干太赫兹辐射，并建立了太赫兹时域和频域测量实验装置。 　　邓玉强介绍：“我们在国际上首次提出了新的太赫兹时间频率特性分析方法，消除了传统方法产生的频谱干涉，降低了时域波形噪声的影响，实现了物质太赫兹吸收谱线的高分辨测量，在太赫兹时间频率特性分析方面属国际领先水平。我们自主研制的太赫兹系统可以产生稳定的宽带太赫兹辐射，为太赫兹光谱的研究提供了有利的工具。”鉴定委员会专家也一致认为，太赫兹辐射测量装置具有测量结果准确、重复性好、稳定性高、结构紧凑、信噪比高等特点，达到国际先进水平。（2010年1月21日）

美国哈佛大学和英国利兹大学的一个联合研究小组最近演示了一种新型太赫兹半导体激光器，其发射的太赫兹光波准直性能与传统太赫兹光源相比显著改善。该激光器的研发成功，为太赫兹科技的应用打开了更广阔的领域。哈佛已经为此提交了一系列专利申请。这一进展发布在8月8日的《自然材料》杂志上。 　　新型太赫兹激光器突破了传统材料的限制，研究人员刻了一组亚波长光栅，直接加倍了超材料晶面的光流量，设备以3太赫兹(百亿赫兹)的频率发射光线(波长为100微米，在可见光谱中属于远红外线)，大大降低了这些半导体激光器的散射角度，同时保持了光能的高输出功率。 　　这种超材料被直接嵌入光学设备的高吸收性砷化镓晶面上，在演示中能看到，人造光显示出深浅不同的微米光栅，各具不同的功能。浅蓝色的狭缝能将输出的激光功率加倍，导向并限定在晶体表面。 　　太赫兹射线(T—rays)能穿透纸张、衣物、塑料和其他一些材料，在探测隐匿武器和生物制剂方面非常理想，在做肿瘤成像检测时对人体无伤害和副作用，还能探测材料内部诸如断裂之类的缺陷，也可用于星际稀薄化学物质的高灵敏探测。 　　研究人员卡帕索表示，新的人造光学设备，从晶面上发出的激光器非常紧密，瞄准度非常高，高度凝聚使光能有效聚集，这是昂贵且笨重的传统透镜达不到的。 　　另一位研究人员林菲尔德说，新的太赫兹激光器还能用于海关探测非法药品，并能检验生产和存储的药物是否合格。这种超材料还能用作一种演示的工具，同时还具有一些神奇的潜在功能，如用来研发隐身斗篷、负折射和高解析图像。 　　研究的另一项重要意义就是这种超材料的光导作用。该设备产生的极强太赫兹光线，以直线光束导向激光晶面，这种超强的限定导向作用，还可应用于传感器和太赫兹光路。

美国哈佛大学和英国利兹大学的一个联合研究小组最近演示了一种新型太赫兹半导体激光器，其发射的太赫兹光波准直性能与传统太赫兹光源相比显著改善。该激光器的研发成功，为太赫兹科技的应用打开了更广阔的领域。哈佛已经为此提交了一系列专利申请。这一进展发布在8月8日的《自然材料》杂志上。 　　新型太赫兹激光器突破了传统材料的限制，研究人员刻了一组亚波长光栅，直接加倍了超材料晶面的光流量，设备以3太赫兹(百亿赫兹)的频率发射光线(波长为100微米，在可见光谱中属于远红外线)，大大降低了这些半导体激光器的散射角度，同时保持了光能的高输出功率。 　　这种超材料被直接嵌入光学设备的高吸收性砷化镓晶面上，在演示中能看到，人造光显示出深浅不同的微米光栅，各具不同的功能。浅蓝色的狭缝能将输出的激光功率加倍，导向并限定在晶体表面。 　　太赫兹射线(T—rays)能穿透纸张、衣物、塑料和其他一些材料，在探测隐匿武器和生物制剂方面非常理想，在做肿瘤成像检测时对人体无伤害和副作用，还能探测材料内部诸如断裂之类的缺陷，也可用于星际稀薄化学物质的高灵敏探测。 　　研究人员卡帕索表示，新的人造光学设备，从晶面上发出的激光器非常紧密，瞄准度非常高，高度凝聚使光能有效聚集，这是昂贵且笨重的传统透镜达不到的。 　　另一位研究人员林菲尔德说，新的太赫兹激光器还能用于海关探测非法药品，并能检验生产和存储的药物是否合格。这种超材料还能用作一种演示的工具，同时还具有一些神奇的潜在功能，如用来研发隐身斗篷、负折射和高解析图像。 　　研究的另一项重要意义就是这种超材料的光导作用。该设备产生的极强太赫兹光线，以直线光束导向激光晶面，这种超强的限定导向作用，还可应用于传感器和太赫兹光路。

太赫兹有着光明的应用前景，还是一片未开垦的处女地。电子科技大学太赫兹中心自成立以来，为太赫兹科学研究搭建了更高的合作发展平台，也标志着我国以“国际前沿、”为目标的太赫兹科学研究迈入了崭新阶段。2018年6月，应电子科技大学太赫兹中心对真空环境下进行太赫兹近场光学研究的需求，QD中国工程师配合德国neaspec公司立即展开积响应并为客户量身定制了套真空太赫兹波段近场光学显微系统（HV-THz-neaSNOM），并已成功安装。 图1：电子科技大学太赫兹中心安装调试现场 图2：真空太赫兹波段近场光学显微系统（HV-THz-neaSNOM） 电子科技大学太赫兹中心原有一套大气环境太赫兹波段近场光学显微系统（THz-neaSNOM），空间分辨率~50nm、宽太赫兹时域近场响应波段0.5-2.2THz。由于更进一步的科研需要，客户需在更加严格的真空条件下进行太赫兹实验。为了满足客户的实验需求，德国neaspec公司在原有大气环境THz-neaSNOM的基础上，结合新的低温散射式近场光学显微镜（Cryo-neaSNOM）技术，设计了新的真空腔体系统，改进了原子力显微镜布局，并重新设计了光路，终成功研发出了套真空太赫兹波段近场光学显微系统（HV-THz-neaSNOM）。该套系统成功地继承了德国neaspec公司THz-neaSNOM的设计优势，采用保护的双光路设计，完全可以实现真空环境下太赫兹波段应用的样品测量。HV-THz-neaSNOM在实现30nm高空间分辨率的同时，由于采用0.1-3THz波段的时域太赫兹光源（THZ-TDS），也可以实现近场太赫兹成像和图谱的同时测量。这大地满足真空环境中太赫兹近场光学研究的需求，可以减少大气中水对太赫兹波段的吸收影响，能更好地保持样品的洁净，为用户进一步集成真空设备提供了基础。 图3：系统理论培训 图4：现场实时操作培训 太赫兹波有强的穿透性，对不透明物体能完成透视成像，用来做半导体材料、生物样品等的检测是其应用趋势之一。该套真空太赫兹波段近场光学显微系统（HV-THz-neaSNOM）的集成，将在生物应用、半导体元器件和相变材料载流子等研究及领域都有着广阔的应用前景，有望为广大太赫兹科研工作者提供更多实际研究工作中的便利和支持。

首届全国太赫兹科学技术与应用学术交流会日前在京召开。6位两院院士、23名特邀报告专家，及近300名全国专业学者和科研人员，共同探讨这项“改变未来世界”的新兴科技领域。 　　太赫兹波是频率范围在0.1T至10THz(波长在3mm至30um)的电磁频谱，它介于毫米波与远红外光之间，是至今人类尚未充分认知和利用的频谱资源，有望对通信(宽带通信)、雷达、电子对抗、电磁武器、安全检查等领域带来深刻变革。作为我国太赫兹领域的首次学术“峰会”，大会交流领域涵盖太赫兹物理与基础理论、太赫兹产生与放大技术、太赫兹传输与检测技术，以及太赫兹在光谱学、通信、雷达、成像中的应用技术等多个学科领域。据悉，我国近年来在太赫兹源、检测器件等领域进展显著，已有数十个高校和科研院所启动太赫兹相关研究。本届大会由中国兵工学会太赫兹应用技术专业委员会主办，太赫兹科学技术研究中心承办。 　　相关概念股包括大恒科技、天瑞仪器、四创电子等。昨天，受太赫兹概念利好影响，大恒科技开盘即一字封停，天瑞仪器盘中涨停，四创电子涨4.20%。 　　太赫兹技术可检测潜在的地沟油 　　据京华时报报道，23日，在上海市教委举办的首场专题新闻发布会上，上海理工大学首度展出“基于太赫兹技术的地沟油快速检测仪”。该仪器基于太赫兹电磁波可以与油脂中的有机物产生共振的原理，能找出潜在的地沟油。 　　合生财富首席分析师梁万章认为，昨天二级市场对太赫兹概念的追捧力度较大，大恒科技大单封死涨停，但此类涨停有非常明显的游资炒作痕迹。 　　目前来看，市场对太赫兹概念相对陌生，且此技术从实验室走向民用还需一段时间，而传闻涉及该概念的大恒科技、四创电子等上市企业在未来能否拿到订单实现业绩也是未知数，因此，该类个股“一日游”行情的可能性非常大。 　　对于市场传闻，记者采访了大恒科技董秘严宏深，他表示公司的确在研发太赫兹技术，目前已经和国外共同研发出光谱器，激光发射器目前还在实验阶段。目前正在申请国家经费，希望尽快取得突破。 　　大恒科技：太赫兹时域光谱仪开发尚处实验室阶段 　　据仪器信息网报道，2012年8月8-10日期间，由中国仪器仪表学会、“ 太赫兹光电子学教育部重点实验室”、《现代科学仪器》编辑部主办，中国分析测试协会、中国仪器仪表学会分析仪器分会、中国仪器仪表学会农业仪器应用技术分会多家单位支持的“太赫兹科学仪器及前沿技术专题研讨会”在北京紫玉饭店成功召开。 　　教育部重点实验室主任张存林教授以《基于飞秒激光的太赫兹时域光谱仪开发》为题讲解了其负责的国家重大科学仪器设备开发专项的项目工作进展。该项目由北京市科学技术委员会组织，大恒新纪元科技股份有限公司作为牵头单位，首都师范大学作为第一技术支撑单位。太赫兹光谱作为太赫兹应用技术之一，对经济社会发展及民生改善有支撑作用，而且产业化前景非常可观，据Thintri， Inc. 2010年度太赫兹市场报告预期，太赫兹在医学、安全和制造业领域相关产品的经济效益到2020年将可达到数千万至数亿美元，市场份额可达到数十亿美元，而张存林教授太赫兹时域光谱仪项目预期为中国带来经济效益数亿美元(以中国市场占10%的全球市场份额估算)，产品将拉动中关村高科技示范区高端仪器制造业及相关产业年约10亿元人民币的产值。项目融合宽普、高能量、小型化的趋势特点，以光谱范围0.1-10THz、光谱分辨率7.5GHz、太赫兹脉冲能量10μJ为技术指标，在现有原理样机的基础上进行完善来实现工程化，使整机性能指标达到国际先进水平，并预期实现在2014年小批量试产25台、2016年批量投产100台的目标。 　　据中国证券报最新报道，参与《基于飞秒激光的太赫兹时域光谱仪开发》项目的专家介绍，目前该项目还处在实验室阶段。今年年初项目组已向相关主管部门申请立项和申报补贴资金，但目前还没有收到正式批文，至于相关的补贴资金量更无从得知。 　　“大恒科技股价异动属于游资炒作。”有券商研究员指出，短期来看，上述项目对大恒科技的业绩并不能产生直接影响，长期影响也要看，项目是否能够成功获得政府主管部门的支持，2014年能否实现部分产品商用，以及相关产品能够取得的市场的认可。 　　太赫兹安检技术具有巨大的市场前景 　　据仪器信息网报道，中国电子科技38所研发的太赫兹安检技术已取得关键性进展，首台样机即将于年内面世。 　　太赫兹安检技术将主要应用于机场、海关、地铁、文化遗产等重要建筑物以及大型活动现场的安全检查，可以快速准确地检测出是否有人携带武器、毒品、爆炸物等违禁品，有效保障大众的生命财产安全。 　　目前在公共场所的安检是以X射线成像为主，辅助以金属探测器及人工检查，但无法有效检测出人体隐藏的非金属危险物品，进而可能导致恶性暴力及恐怖袭击事件。太赫兹安检技术不仅对人体更加安全，且增加了物联网技术，实现了对被检测对象的智能化识别、定位跟踪、自动报警、管理监控以及信息存储分析和区域网络覆盖，其应用将显著增强城市中公共场所的安全防御能力，有效减少公共安全事件的发生率。 　　太赫兹安检技术具有巨大的市场前景，预计国内市场潜力在100亿元左右，在世界范围内，太赫兹成像产品潜在的市场销售额可达1000亿元以上。 　　附：太赫兹(地沟油检测)概念股一览 　　天瑞仪器、大恒科、四创电子、百利电气、同方股份都进入太赫兹领域，四创电子控股股东38所曾研制出样机。TCL则是介入下一代手机太赫兹研究。 　　大恒科技：公司表示的确在研发太赫兹技术，目前已经和国外共同研发出光谱器，激光发射器目前还在实验阶段。目前正在申请国家经费，希望尽快取得突破。市场传言，教育部重点实验室主任张存林教授以《基于飞秒激光的太赫兹时域光谱仪开发》为题讲解了其负责的国家重大科学仪器设备开发专项的项目工作进展。该项目由北京市科学技术委员会组织，大恒科技作为牵头单位，首都师范大学作为第一技术支撑单位。 　　天瑞仪器：目前公司出产的LC310高效液相色谱仪可以应对地沟油黄曲霉毒素b1的限量检测。 　　同方股份：控股子公司同方威视技术股份有限公司曾与清华大学共同申请了“一种利用太赫兹时域光谱快速检测植物油纯度的方法及设备”专利权。 　　四创电子：此前有报道称，四创电子大股东华东电子工程研究所(中国电子科技集团公司第三十八研究所)太赫兹安检技术已取得关键性进展，首台样机即将于年内面世。太赫兹安检技术将主要应用于机场、海关、地铁、文化遗产等重要建筑物以及大型活动现场的安全检查，可以快速准确地检测出是否有人携带武器、毒品、爆炸物等违禁品，有效保障大众的生命财产安全。 　　TCL：2011年深圳先进科学与技术国际会议第三届会议上，公司称目前工业界已全面进入太赫兹开发及应用领域，太赫兹已在通讯领域崭露头角，TCL通讯期待与各位专家学者一起开发与研究太赫兹科学技术，带动通讯产业的技术发展。 　　百利电气：传百利旗下公司投资上游实验室研发的集成THz医学成像设备比东芝最高端成像效果清晰100倍。 　　凤凰光学、聚光科技：上述“基于太赫兹技术的地沟油快速检测仪”由上海现代光学系统重点实验室与上海市分析检测协会合作研发，拥有自主知识产权。其中，上海现代光学系统重点实验室的合作单位包括凤凰光学(上海)有限公司、聚光科技(杭州)有限公司。 　　概念解析：太赫兹 　　太赫兹(Terahertz，1THz=1012Hz)泛指频率在0.1～10THz波段内的电磁波，位于红外和微波之间，处于宏观电子学向微观光子学的过渡阶段。早期太赫兹在不同的领域有不同的名称，在光学领域被称为远红外，而在电子学领域，则称其为亚毫米波、超微波等。在20世纪80年代中期之前，太赫兹波段两侧的红外和微波技术发展相对比较成熟，但是人们对太赫兹波段的认识仍然非常有限，形成了所谓的“THz　Gap”。 　　2004年，美国政府将THz科技评为“改变未来世界的十大技术”之一，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。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THz研究领域有影响的院士专门讨论我国THz事业的发展方向，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到THz的研发热潮之中。 　　太赫兹的独特性能给通信(宽带通信)、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学成像(无标记的基因检查、细胞水平的成像)、无损检测、安全检查(生化物的检查)等领域带来了深远的影响。由于太赫兹的频率很高，所以其空间分辨率也很高 又由于它的脉冲很短(皮秒量级)所以具有很高的时间分辨率。太赫兹成像技术和太赫兹波谱技术由此构成了太赫兹应用的两个主要关键技术。同时，由于太赫兹能量很小，不会对物质产生破坏作用，所以与X射线相比更具有优势。另外，由于生物大分子的振动和转动频率的共振频率均在太赫兹波段，因此太赫兹在粮食选种，优良菌种的选择等农业和食品加工行业有着良好的应用前景。太赫兹的应用仍然在不断的开发研究当中，其广袤的科学前景为世界所公认。

英国研究人员2006年112日宣布发现了一种控制太赫兹波的新方法，可大大提高利用太赫兹波探测物质内部结构的能力，在疾病诊断、药物分析、材料探伤和爆炸物检测等诸多方面有很大应用潜力。 　　太赫兹波是指频率在0.1至10太赫兹(波长为3000至30微米)范围内的电磁波，在电磁波谱上位于微波和红外线之间。这一波段的电磁辐射具有很强的透视能力，可以作为一种特殊的“探针”用来对物质内部进行深入研究。 　　由于此前人们没有掌握使太赫兹波很好聚焦的技术，太赫兹波的应用受到很大限制。利用传统的透镜和反射镜，仅能使太赫兹波聚焦到波束直径不足1毫米的程度，导致分辨率不足。这样的波束远远不能用于研究生物细胞等微小物体，就像最小刻度为1毫米的尺子，不能用来测量长度仅几微米的东西。 　　英国巴斯大学2日发表的新闻公报说，该校研究人员发现，普通金属线不能很好地引导太赫兹波进行聚焦，但如果在普通金属线的表面切开一些小槽，其聚焦能力就会大大增强。将这样的金属线制作成逐渐变细的形状，使其一端成为一个非常微小的点，金属线就能引导太赫兹波聚焦到这个点上，形成直径只有几微米的波束。 　　理论上，由于频率与生物大分子的振动频率吻合，太赫兹波在生物医学方面有特殊优势，可用于详细探测机体组织结构，方便研究伤口愈合、肿瘤生长等情况。它还能用来探测大气层、研究分子运动、探测毒品与爆炸物和对材料进行无损探伤等。 　　要实现这些功能，必须研制出性能良好的波源，提供稳定、分辨率高的太赫兹波波束。新成果使得科学家离实现这一目标又近了一步。