宽谱高功率太赫兹天线无偏压太赫兹天线

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。”

一位特工正在和时间赛跑，他知道炸弹就在周围。他跑到一个拐角，发现小巷内堆满了可疑的纸箱。他急忙掏出手机，快速地逐个扫描面前的箱子，包装内的物品一一展现。千钧一发之际，手机屏幕上出现了爆炸装置的轮廓，形势瞬间扭转，待爆炸装置运行中止时，他才长出了一口气。 　　看起来像是电影情节?但这一幕却很有可能成为现实，而这要得益于美国加州理工学院工程师们开发出的一种低成本的微小硅芯片。这种成像芯片能够产生并发射出高频的电磁波，即太赫兹(THz)波。当它处于尚未被完全开发的电磁光谱区域，介于微波和远红外辐射之间，能够渗透多种材料，却不会出现X射线的电离损伤。 　　在扫描和成像领域应用潜力大 　　把这种新型微芯片整合进手持设备中，能够应用于国家安全、无线通信、医疗保健甚至非接触式游戏研发等多个方向。未来，这一技术还有望为非侵入式的癌症诊断提供帮助。相关研究报告发表在最新一期的电气电子工程师学会(IEEE)《固态电路杂志》上。 　　该校的电气工程系教授阿力· 哈基姆瑞说：&ldquo 利用与制造现今手机微芯片同样成本低廉的集成电路技术，我们研发出了比它们运行速度快300倍的硅芯片。这些芯片将为制造下一代十分多能的传感器奠定基础。&rdquo 　　频率从0.3THz到3THz的太赫兹波，具有在扫描和成像等领域的应用潜力。这些电磁波能轻易渗透包装材料，使得探测材料内部信息成为可能。例如，陶瓷、硬纸板和塑料制品等对太赫兹电磁辐射而言就是透明的，因此太赫兹波可以作为X射线的非电离和相干的互补辐射源，用于机场、车站等地的安全监测，比如探查枪械、生物武器、爆炸物和毒品等隐藏的非法物品。然而现有的太赫兹设备多为笨重而昂贵的激光装置，有时甚至需要处于低温环境。而技术的匮乏，也使太赫兹成像和扫描的发展停滞不前。 　　为了实现太赫兹波在这一领域的应用，哈基姆瑞和考西克· 森古普塔使用了互补金属氧化物半导体，即通常会被用于电子设备芯片制造中的CMOS技术，来设计具有全面集成功能的、可在太赫兹频率运行的硅芯片，而其尺寸只有指尖大小。研究人员表示，这使太赫兹波成像成为了可能。新芯片能够激发比现有途径强劲1000倍的信号，而发出的太赫兹信号能在特定方向被动态程控，使它们成为世界上第一个集成的太赫兹扫描阵列。借助这种扫描装置，研究人员能够发现藏在塑料制品中的剃须刀片，或者确定动物组织中脂肪和肌肉的分布，诊断人体烧伤部位的损伤程度，以及植物叶片组织的水分含量分布等。而太赫兹成像技术与其他波段的成像技术相比，所得到探测图像的分辨率和景深也均有明显提高。&ldquo 这并不是在谈这项技术的潜能，而是切实地展现出它的实际效用。第一次看到太赫兹扫描图像时，我们都屏住了呼吸。&rdquo 哈基姆瑞说。 　　新研究克服了诸多技术限制 　　事实上，研究小组克服了诸多技术限制，才将CMOS技术转变成了可运行的太赫兹芯片。每个晶体管都具有一个截止频率，在这一频率之上信号放大就无法实现，而标准的晶体管亦不能在太赫兹频率放大信号。为了解决截止频率的难题，科学家尝试令多个晶体管一起工作。在正确的频率和时间结合它们的力量，来促进集体信号的强度提升。借助新的晶体管操作方法，可使晶体管保持在截止频率之上40%至50%，并能产生较大的功率。&ldquo 就像一群蚂蚁联合起来，也能做到大象所能做到的事情，而且不止于此。&rdquo 森古普塔解释说。 　　科研人员还解决了太赫兹信号的发射和传输。在如此高的频率下，无法按常理使用导线，而传统的天线在微芯片尺寸效率也很低下。因此，科学家将整个硅芯片当作天线，集成了芯片上的金属部分，在特定的时间和强度一起发射信号。整个解决方案囊括了集成电路、天线、电磁学和应用科学等多领域的创新，可谓十分全面。此外，IBM公司亦有助于此次的芯片制造。

记者从中国电科38所获悉，在2月17日召开的第68届国际固态电路会议（ISSCC 2021）上，该所发布了一款高性能77GHz（吉赫兹）毫米波芯片及模组，在国际上首次实现两颗3发4收毫米波芯片及10路毫米波天线单封装集成，探测距离达到38.5米，刷新全球毫米波封装天线最远探测距离纪录。　　该款芯片在24毫米×24毫米空间里实现了多路毫米波雷达收发前端的功能，创造性地提出一种动态可调快速宽带chirp信号产生方法，并在封装内采用多馈入天线技术，大幅提升了封装天线的有效辐射距离，为近距离智能感知提供了一种小体积和低成本解决方案。　　此次发布的封装天线模组包含两颗77GHz毫米波雷达芯片，该芯片面向智能驾驶领域对核心毫米波传感器的需求，采用低成本CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺，单片集成3个发射通道、4个接收通道及雷达波形产生等，主要性能指标达到国际先进水平，在快速宽带雷达信号产生等方面具有特别优势，芯片支持多片级联并构建更大规模的雷达阵列。基于扇出型晶圆级封装是封装天线的一种主流的实现途径，国际上的大公司都基于该项技术开发了集成封装天线的芯片产品。　　下一步，中国电科38所将对毫米波雷达芯片进行进一步优化，根据具体应用场景提供一站式解决方案。　　ISSCC被认为是集成电路领域的“奥林匹克盛会”，于1953年由发明晶体管的贝尔实验室等机构发起成立，在60多年历史中，众多集成电路史上里程碑式的发明都在这里首次亮相。

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.

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。

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

他们，研制了我国第一台毫米波天文超导接收机；他们，在国际上首次实现高能隙氮化铌超导隧道结的天文观测；他们，研制了目前世界上最前沿的超导热电子混频器；他们，实现了我国首例千像元太赫兹超导成像阵列芯片… … 他们是中国科学院紫金山天文台太赫兹超导空间探测技术研究青年团队（以下简称太赫兹团队），多年来专注国际前沿太赫兹超导探测技术和空间天文应用研究，目前正在承担中国空间站巡天望远镜“高灵敏度太赫兹探测模块”研制任务，有望实现我国太赫兹超导探测技术在空间应用“零”的突破。 近日，这支年轻的团队被授予“中国科学院青年五四奖章集体”称号。仰望星空 探索未知 仰望星空是人类探索未知的本能，而宇宙的绮丽无法靠想象感知，只有“看见”才能了解。 “太赫兹天文探测能探索宇宙最久远的过去，为我们解释现代天文学中最重要的前沿问题提供先端手段。”太赫兹团队负责人、紫金山天文台研究员李婧告诉《中国科学报》。 在电磁波谱中，太赫兹波段包含部分毫米波、全部亚毫米波和部分远红外，其波长从3毫米到30微米，频率覆盖0.1～10太赫兹（太，T=1012）。太赫兹位于微波和红外之间，其研究手段也处于电子学向光子学过渡的区域，具有指纹性、穿透性和安全性等重要特性。 关于指纹性，李婧解释道，物质的晶格振动和分子转动等引起的能级跃迁都对应在太赫兹谱段，而不同物质的光谱位置、强度、形状均有差异，具有指纹般的唯一性，常被称作为太赫兹“指纹谱”。 不同于X射线对人体可能存在伤害，由于水对太赫兹具有强烈的吸收，因此太赫兹不会对物体尤其是生物组织产生有害的电离反应。 李婧介绍，当前，太赫兹超导探测技术可分为相干探测和非相干探测两大类。其中，太赫兹相干探测器可以同时探测信号的幅度和相位信息，主要应用于高频率分辨率的分子和原子谱线观测，以及具有高空间分辨率的天线干涉阵列；太赫兹非相干探测器则只能探测信号的幅度信息，而不获取其相位信息，主要应用于连续谱成像观测和宽频带中低分辨率谱线观测。 “成像还是光谱？天文学家都要。”李婧指出，根据科学目标的不同，天文学家对观测技术的需求也不尽相同：有时会需要大天区的多色成像，有时也需要高频率分辨率的谱线观测。坚守初“芯” 攻坚克难 据了解，地球大气层对太赫兹信号的强烈吸收一定程度上制约了太赫兹地面观测的能力，为了让中国在该领域站在国际前沿，将观测平台从地面移到太空几乎是必经之路。 李婧向《中国科学报》介绍，太赫兹探测技术的核心是“超导探测器”，是人类关于星空梦想的基石，更是重要的关键核心技术。 几十年来，从薄膜生长，到芯片制备，再到接收机系统集成与表征，太赫兹团队坚持自主的研发与研制路线，突破重重技术关卡。 李婧还记得当年团队在开展研究之初，一些发达国家已经在超导芯片的研制方面具备明显优势。“虽然我们实验室有超导探测技术研究方向的国际知名专家，但工作中仍然会遇到很多困难，比如：缺乏配套的超导芯片制备平台和实验仪器条件等。” 随着实验条件的逐步改善，太赫兹团队坚守初“芯”，攻坚克难，通过持续潜心研究，解决了技术瓶颈背后的基础物理问题。 “目前，我们已经成为国际上少有的完全掌握四种太赫兹天文主流探测技术的团队。”李婧说，“有了这些自主的关键核心技术支撑，我国的太赫兹天文发展之路上，就没有了关于探测器的后顾之忧，更不会受制于人。” 现在，太赫兹团队承担“高灵敏度太赫兹探测模块”研制任务，其技术指标达国际前沿。但李婧也指出：“作为我国首次空间太赫兹超导探测技术应用，其难度和挑战可想而知。”绽放芳华 无悔青春 这些年来，在中国科学院院士史生才的指导下，太赫兹团队迅速成长，曾获江苏青年五四奖章集体，其科研成果获国家科技进步奖二等奖、中国电子学会科技进步二等奖等奖励。 在太赫兹团队成员25人中，李婧是仅有的3名女性之一。她还记得自己2002年来到紫金山天文台读博士研究生，也是在那时首次接触到太赫兹超导空间探测技术研究。 “当时感觉这项工作不太适合女生，不仅需要经常拆装和搭建很重的低温实验仪器，有时还需要出野外。”这是李婧对该研究的第一印象。 但她没有知难而退，李婧带领太赫兹团队经常身裹实验服，“泡”在无尘实验室里，一待就是数个小时。与她为伴的是设备运行的嗡嗡轰鸣声、是化学试剂散发的刺鼻气味、是口干舌燥却不能饮水的坚持与隐忍。 惟其艰难，方显勇毅；惟其磨砺，始得玉成。历经挫折与荆棘，太赫兹团队终于研制出高性能的氮化铌超导隧道结混频器芯片，将我国太赫兹高能隙低温超导探测的水平推进到国际前列。 “高灵敏度超导探测器的测试，经常会收到轻微振动的干扰。”李婧说，为排除周边环境引起地面振动给实验结果带来的影响，我们经常选择凌晨做实验，白天进行数据分析。” 为了能选出适合太赫兹天文观测的优良台址，太赫兹团队成员无数次登上5100米以上的高海拔地区，顶着强风、忍着高反，他们在零下几十度的环境中调试设备，一干就是十几天。这些坚守的背后，是家里牙牙学语、蹒跚学步的孩子，是年近高龄、甚至身缠重病的老人。

近年来，随着国际恐怖主义的扩散和世界性灾害的发生，防恐、减灾、构建安全的现代社会已成为世界共同的紧要课题。欧、美等发达国家对利用太赫兹辐射波技术给予了很大的关注。 　　在欧洲，政府和企业围绕太赫兹技术的广泛应用，加强产学研合作的研发日益活跃。2000年以后，在欧洲第五、第六研究开发框架计划(Informationt Society Technologies，IST)的有关项目里，围绕太赫兹波段医疗、通信技术应用的研究非常活跃。英国在2000-2003年开展了WANTED(Wireless Area Networking of Terahertz Emitters and Detectors)项目研究，开发了l-10太赫兹的广域半导体振动器和检波器,研讨Tbps级WAN的可能性 同一时期,英国还开展了TERAVISION(Terahertz Frequency Imaging Systems for Optically Labeled Signals)项目,开发应用高功率、小型近红外短脉冲激光的小型医用太赫兹脉冲成像装置,并通过风险企业TeraView取得了产业化进展。法国在2001-2004年实施NANO-TERA项目(Ballistic Nanodevices For Terahertz Data Processing),研究太赫兹波段信号处理装置。瑞典在2002-2004年开展了SUPER-ADC(A/D converter in superconductor-semiconductor hybrid technology)项目研究,旨在实现高温超导体和半导体混合的超高速AD转换器。 　　近年来，以美国防高级研究计划署DARPA等为中心,积极推进以国防为主要目的尖端技术开发和超高速电子领域的相关项目研究。如开展TIFT(Terahertz Imaging Focal-plane-array Technology)项目研究,开发安全应用方面的小型高感度太赫兹感测系统。2003-2006年进行TFAST(Technology for Frequency Agile Digitally Synthesized Transmitter)项目研究,开发高速通信、定相整列天线发射机(phased-array antena)的数字化应用超高速IC。从2005年开始实施SWIFT(Submillimeter Wave Imaging FPA Technology)项目,开发安全防卫用的成像应用亚毫米波FPA组合装置。美国已有超过10家企业在太赫兹波相关产品的开发方面取得进展。如Picometrix公司开发的宇宙飞船外壁薄板内部缺陷检查用太赫兹成像系统已在美国国家宇航局NASA投入使用。Physical Sciences Inc.、波音等公司也积极进行太赫兹波在安全领域应用的研究开发。（2005年9月20日）

记者日前从中科院苏州纳米所获悉，该所成功研制出在室温下工作的太赫兹自混频探测器，从而填补了该类探测器的国内空白。 　　据了解，作为人类尚未大规模使用的一段电磁频谱资源，太赫兹波有着极为丰富的电磁波与物质间的相互作用效应，不仅在基础研究领域，而且在安检成像、雷达、通信、天文、大气观测和生物医学等众多技术领域有着广阔的应用前景。目前，室温微型的固态太赫兹光源和检测器技术尚未成熟，众多太赫兹发射&mdash 探测应用还处于原理演示和研究阶段。室温、高速、高灵敏度的固态太赫兹探测器技术是太赫兹核心器件研究的重要方向之一。 　　自2009年起，苏州纳米所秦华、张宝顺、吴东岷课题组就致力于太赫兹波&mdash 低维等离子体波相互作用及其调控研究。该团队在2009年年底取得突破性进展，在GaN/AlGaN高电子迁移率晶体管的基础上研制成室温工作的高灵敏度高速太赫兹探测器，首次实现了对1000GHz的太赫兹波的灵敏检测。 　　经过3年多的技术攻关，研究团队进一步突破了太赫兹天线、场效应混频和器件模型等关键技术，掌握了完整的场效应自混频太赫兹探测器技术。 　　目前，苏州纳米所研制的太赫兹探测器探测频率达到800～1100GHz，电流响应度大于70mA/W，电压响应度大于3.6kV/W，等效噪声功率小于40pW/Hz0.5，综合指标达到国际上商业化的肖特基二极管检测器指标，并成功演示了太赫兹扫描透视成像和对快速调制太赫兹波的检测。 　　据介绍，该项技术可进一步发展成大规模的太赫兹焦平面成像阵列和超高灵敏度的外差式太赫兹接收机技术，为发展我国的太赫兹成像、通信等应用技术提供核心器件与部件。

p 　　中国电子科技集团有限公司第十三研究所专用集成电路国家级重点实验室与中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所、中国科学院纳米器件与应用重点实验室再次合作，在高灵敏度石墨烯场效应晶体管(G-FET)太赫兹自混频(Homodyne mixing)探测器的基础上，实现了外差混频(Heterodyne mixing)和分谐波混频(Sub-harmonic mixing)探测，最高探测频率达到650 GHz，利用自混频探测的响应度对外差混频和分谐波混频的效率进行了校准，该结果近期发表在碳材料杂志Carbon上(Carbon 121, 235-241 (2017))。 /p p 　　频率介于红外和毫米波之间的太赫兹波(Terahertz wave)在成像、雷达和通信等技术领域具有广阔的应用前景，太赫兹波与物质的相互作用研究具有重要的科学意义。高灵敏度太赫兹波探测器是发展太赫兹应用技术的核心器件，是开展太赫兹科学研究的重要手段与主要内容之一。太赫兹波探测可分为直接探测和外差探测两种方式：直接探测仅获得太赫兹波的强度或功率信息 而外差探测可同时获得太赫兹波的幅度、相位和频率信息，是太赫兹雷达、通信和波谱成像应用必需的核心器件。外差探测器通过被测太赫兹信号与低噪声本地相干太赫兹信号的混频，将被测信号下转换为微波射频波段的中频信号后进行检测。与直接探测相比，外差探测通常具备更高的响应速度和灵敏度，但是探测器结构与电路更加复杂，对混频的机制、效率和材料提出了更高的要求。 /p p 　　天线耦合的场效应晶体管支持在频率远高于其截止频率的太赫兹波段进行自混频探测和外差混频探测。前者是直接探测的一种有效方法，可形成规模化的阵列探测器，也是实现基于场效应晶体管的外差混频探测的基础。目前，国际上基于CMOS晶体管实现了本振频率为213 GHz的2次(426 GHz)和3次(639 GHz)分谐波混频探测，但其高阻特性限制了工作频率和中频带宽的提升。 /p p 　　石墨烯场效应晶体管因其高电子迁移率、高可调谐的费米能、双极型载流子及其非线性输运等特性为实现高灵敏度的太赫兹波自混频和外差混频探测提供了新途径。前期，双方重点实验室秦华团队和冯志红团队合作成功获得了室温工作的低阻抗高灵敏度石墨烯太赫兹探测器，其工作频率(340 GHz)和灵敏度(～50 pW/Hz1/2)达到了同类探测器中的最高水平(Carbon 116, 760-765 (2017))。此次合作进一步使工作频率提高至650 GHz，并实现了外差混频探测。 /p p 　　如图1所示，工作在650 GHz的G-FET太赫兹探测器通过集成超半球硅透镜，首先通过216、432和650 GHz的自混频探测，验证了探测器响应特性与设计预期一致，并对自混频探测的响应度和太赫兹波功率进行了测试定标。在此基础上，实现了本振为216 GHz和648 GHz的外差混频探测，实现了本振为216 GHz的2次分谐波(432 GHz)和3次分谐波(648 GHz)混频探测。混频损耗分别在38.4 dB和57.9 dB，对应的噪声等效功率分别为13 fW/Hz和2 pW/Hz。2次分谐波混频损耗比216 GHz外差混频损耗高约8 dB。 /p p 　　此次获得混频频率已远高于国际上已报道的石墨烯外差探测的最高工作频率(～200 GHz)，但中频信号带宽小于2 GHz，低于国际上报道最高中频带宽(15 GHz)。总体上，目前G-FET外差混频探测器性能尚不及肖特基二极管混频器。但是，无论在材料质量还是在器件设计与工艺技术上，都有很大的优化提升空间。根据Andersson等人预测，G-FET的混频转换效率可降低至23.5 dB，如何达到并超越肖特基二极管混频探测器的性能指标是未来需要重点攻关的关键问题。 /p p 　　图3所示为基于432 GHz的直接探测以及二次谐波探测的透射成像图对比，分谐波探测时的透射成像显现出比直接探测更高的动态范围，可达40 dB。 /p p 　　该研制工作得到了国家自然科学基金项目(No. 61271157, 61401456, 61401297等)、国家重点研发计划(2016YFF0100501， 2014CB339800)、中科院青促会(2017372)、中科院苏州纳米所纳米加工平台、测试分析平台和南京大学超导电子学研究所的大力支持。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/c73fe96e-7527-4de4-8f95-ff4e6c2935aa.jpg" title=" 1.jpg" / 　 /p p style=" text-align: center " 图1：650 GHz天线耦合的G-FET太赫兹外差混频探测器 br/ /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/70869861-507f-4a27-91dc-64a7cf6c6185.jpg" title=" 2.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图2：(a)准光耦合的外差混频探测系统示意图 (b)216 GHz外差混频探测的中频频谱 br/ /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/15463ac0-04f0-4c63-9091-fee1013ca466.jpg" title=" 3.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图3：(a)分别采用432 GHz直接探测和本振为216 GHz的2次分谐波探测对树叶进行的透射成像效果对比 (b)采用本振为216 GHz的2次分谐波探测对柠檬片的透视成像。 /p

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

携带太赫兹频率的电磁辐射的电线可以传送1000GHz的信号。那将是IBM公司上周发布的世界上运行最快的微处理器速度的20倍。 　　直到目前为止，太赫兹空白隙的存在一直使电子电路的频率无法超越60Ghz，这正是下一代个人宽带局域网WPAN的频率。日前犹他大学的研究人员证明了通过利用微米穿孔线在不锈钢的顶部构建作用相当于太赫兹口径大小的波导线的方法可以突破这一限制。据该大学的电机工程教授Ajay Nahata介绍，该项技术可以用于传输，弯曲，分裂和结合0.3THz(300 GHz)的太赫兹放射线，并可延伸至10THz。 　　“这是关于速度的问题，” Nahata说，“以太赫兹的速度下载一部电影也许只需要几秒钟。 　　太赫兹频段位于微波频段和光纤使用的红外线频段之间的空白处。太赫兹频率的电磁信号既有电信号又有光信号的特性，需要像波导一样的结构来传送，但在产生要素上却类似于普通电信号所用的天线。 　　Nahata现在已经验证了一种配线方法可以将放射线集中在一个穿孔金属“线”中，就像用来将有线电视信号分给两台电视收看的分配器一样，这就是未来太赫兹电路的基本要素。Nahata估计在十年内这一成果将引领具有太赫兹速度的电路应用到计算机和通信领域中去。 　　“我们已经论证了第一步如何使电路使用上太赫兹频率辐射，”Nahata说道，他和该大学电气和计算机工程系的两名博士生Wenqi Zhu和Amit Agrawal一起完成了这一项工作。 　　犹他大学的论证建立在帝国理工大学(伦敦)研究员Stefan Maier的研究理论成果上。他和巴斯大学，西班牙的马德里大学和萨拉戈萨大学的科学家及同事在今年的早些时候证明了在金属和绝缘体(如铜和高聚物)的分界处，电磁表面波所支持的表面等离子体极化声子可以引导太赫兹频率的信号。 　　Nahata和犹他大学的同事通过在一块不锈钢金属薄片上钻一个50×500微米的矩形小洞，将钢作为导体，空气作为绝缘体来构建他们的波导和信号分配器。波导大约一英寸长，金属薄片大约625微米厚。研究人员说，经过验证这个凹槽能够使0.3THz的射线集中到波导，射线将穿入金属薄片表面1.7mm深处，然后只在水平方向沿着穿孔的模型延伸大约2mm左右。 　　该穿孔模型由两根分开大约一厘米的太赫兹线开始，组成一个像“X”最左边一样的角，但没有交叉，而是沿着两边各自延伸，然后再组成一个像“X”最右边一样的角。因为两条线各自向两边延伸，信号在波导每一边的2mm的扩伸都将会和两根线耦合，所以在最右边出来的的两根线都将携带50%的合成信号。 　　为了测试这个波导，一个金属薄片上的半圆刻痕将0.3THz宽带辐射集中在最左边的其中一条线。经过在中间部分耦合后，第二根线将远离第一根不超过50微米左右，分配器右边分支出来的两根线的信号将各自携带50%的能量。 　　“我们所做的工作就是为了做出这些线，” Nahata说道，“现在问题是，我们如何研制出工作在太赫兹频率的器件?” 　　他们的报告发表在4月18日星期五的自由在线杂志《光学快递》上。（2008年4月）

由北京市自然科学基金资助的第三届中国-英国/欧洲毫米波与太赫兹技术国际学术研讨会于2010年9月22日-25日，在北京香山饭店胜利召开。会议由国家留学基金委员会和英国皇家学会主办，北京邮电大学和首都师范大学承办，电子科技大学和东南大学协办。来自我国和欧洲各地的物理学领域、工程物理领域、微波与毫米波学领域、电子工程学领域、光学工程学领域、材料物理与化学领域、无线电与计量学领域的50多位专家、学者出席了此次会议。本次会议是2010年北京市自然科学基金成立二十年系列国际学术交流活动之一，为来自我国和欧洲不同领域的科学家与工程技术人员提供一个分享“毫米波与太赫兹技术” 研究成果和学术交流的平台。　 　　会议中，专家们围绕毫米波与太赫兹波的辐射与探测、太赫兹空间技术、太赫兹结构材料与调制、太赫兹系统集成以及技术应用等议题进行了充分的交流。特别是就风云四号卫星上计划搭载的毫米波与亚毫米波系统技术问题、高功率毫米波与亚毫米波辐射源、卫星上的毫米波反射天线、被动的毫米波成像系统、太赫兹波段的准光学器件以及阵列探测器、基于CMOS技术的太赫兹芯片器件、宽带太赫兹光谱系统发射与探测技术，以及利用亚毫米波测量冰云和大气和用于等离子体诊断的太赫兹技术应用等问题，进行了深入的探讨，并就有关研究课题的合作和人才培养达成了一些意向性的协议。

世界上第一个太赫兹波段的行波光管放大器。 　　日前，国际首次太赫兹功率比对在德国柏林举行，参加比对的德、美、中3国的国家计量院采用不同的技术路线，取得的测量结果都能相互吻合。其中，中国计量院参加比对的太赫兹辐射计测量不确定度最小、响应度最高，标志着我国太赫兹辐射功率计量能力步入国际领先行列。 　　太赫兹介于红外和微波频段之间，是连接电子学和光子学的桥梁，在信息科学、材料科学、生物化学等许多领域具有重要应用价值和重大应用潜力。由于缺乏有效的测量方法和测量仪器，人们对于该频段的辐射特性了解甚少。随着太赫兹技术的发展和广泛应用，太赫兹辐射源、太赫兹探测器、太赫兹测量系统大量涌入市场。在高速宽带通信、功能材料研制、生物医学成像、机场港口安检、地沟油检测、危险化学品监测预警等许多领域的应用日益广泛。然而国际上缺少太赫兹相关参数测量标准，导致太赫兹产品的特性难以客观准确评估，无法科学评估并保障太赫兹研究和应用的有效性。 　　为解决这一问题，先进国家的计量院相继开展此方面的研究。如德国联邦物理技术研究院(PTB)利用低温辐射计率先实现了太赫兹功率溯源至国际单位制 美国标准技术研究院(NIST)利用碳纳米管作为吸收体实现了太赫兹辐射功率的测量 中国计量院利用自主研制发明的一种太赫兹超强吸收材料实现了太赫兹辐射功率的绝对测量和量值溯源。 　　为保障太赫兹计量量值准确可靠，2013年，德、美、中3国的国家计量院共同商定了比对方案和进程，对参比国家实验室提出了资格要求。以国际正式论文作为证明，经筛查后有4国的国家计量院符合参加条件，最终有能力参加比对的实验室仅有美国NIST、中国NIM和德国PTB3家，其中PTB为主导实验室。 　　中国计量院参比负责人、激光室副主任邓玉强博士介绍说，此次比对规定在2.52THz和0.762THz两个频率点下进行，3国参比实验室分别采用互不相同的技术路线复现量值，在同一地点一起进行现场实验测量。最终比对结果表明，3国的现场测量结果都能相互吻合，等效一致。中国计量院在比对的两个频率点均以最小的测量不确定度取得国际等效。 　　中国计量院参加此次国际比对所采用的太赫兹辐射计及其关键部件均由邓玉强和孙青2位副研究员自主研制发明，其中，太赫兹辐射计吸收材料的吸收带宽和吸收率均为目前国际最高水平，可实现100GHz到可见光波段辐射功率的高准确度测量，且响应光谱平坦。在PTB实验室的现场测量中，该太赫兹辐射计表现出卓越的性能，具有良好的重复性、稳定性和信噪比，非线性仅为0.4%，被德国国家计量院太赫兹辐射度实验室主任AndreasSteiger博士誉为&ldquo 具有德国产品的质量&rdquo 。 　　据了解，此次为国际首次太赫兹功率比对，被国际光度辐射度咨询委员会(CCPR)关键量比对工作组主席YoshiOhno博士认为是&ldquo 太赫兹计量领域的重大里程碑&rdquo ，将对今后的太赫兹科学研究和太赫兹技术推广应用起到积极的推进作用。 配备太赫兹量子级联激光器的纳米线探测器。 　　太赫兹量子级联激光器的研制难度大，对结构设计、材料生长和器件工艺均有很高的要求。 　　近日科学家们研发的一种能够检测光波的最新设备或能帮助打开电磁光谱的最后边界&mdash &mdash 太赫兹(Terahertz)光谱。

无损评估、生物医学诊断和安全筛查等诸多令人兴奋的太赫兹（THz）成像应用，由于成像系统的光栅扫描要求导致其成像速度非常慢，因此在实际应用中一直受到限制。然而，太赫兹成像系统的最新进展极大地提高了成像通量（imaging throughput），并使实验室中的太赫兹技术更加接近现实应用。据麦姆斯咨询报道，近日，美国加州大学洛杉矶分校（University of California Los Angeles，UCLA）的科研团队在Light: Science & Applications期刊上发表了以“High-throughput terahertz imaging: progress and challenges”为主题的综述论文。该论文第一作者为Xurong Li，通讯作者为Mona Jarrahi。该论文主要从硬件和计算成像两个角度回顾了太赫兹成像技术的发展。首先，研究人员介绍并比较了使用热探测、光子探测和场探测的图像传感器阵列实现频域成像与时域成像时的各类硬件。随后，研究人员讨论了利用不同成像硬件和计算成像算法实现高通量捕获飞行时间（ToF）、光谱、相位和强度图像数据的方法。最后，研究人员简要介绍了高通量太赫兹成像系统的未来发展前景和面临的挑战。基于图像传感器阵列的太赫兹成像系统（硬件方面）然而，并非所有类型的图像传感器都能够扩展到大型阵列，但这是高通量成像的关键要求。这部分内容重点介绍了基于各类图像传感器阵列的高通量太赫兹成像系统。这些太赫兹成像系统的性能主要通过空间带宽积（SBP）、灵敏度、动态范围以及成像速度等指标在其工作频率范围内进行量化。太赫兹频域成像系统在热探测太赫兹成像仪中，微测辐射热计是最广泛使用的图像传感器之一，它将接收到的太赫兹辐射所引起的温度变化转化为热敏电阻材料的电导率变化。氧化钒（VOx）和非晶硅（α-Si）是室温微测辐射热计最常用的热敏电阻材料。使用微测辐射热计图像传感器阵列捕获太赫兹图像的示例如图2a所示。热释电探测器是另一类热成像传感器，它将接收到的太赫兹辐射所引起的温度变化转化为能以电子方式感测的热释电晶体的极化变化。图1 目前最先进的频域太赫兹图像传感器的性能对比图2 基于图像传感器阵列的太赫兹频域成像系统示例对于室温太赫兹成像，场效应晶体管（FET）图像传感器是微测辐射热计图像传感器的主要竞争对手。FET图像传感器的主要优势之一是具有出色的可扩展性。与室温微测辐射热计图像传感器相比，FET图像传感器通常工作在较低的太赫兹频率下，其灵敏度也较低。然而，由于无需热探测过程，FET图像传感器可以提供更高的成像速度。使用FET图像传感器阵列捕获太赫兹图像的示例如图2b所示。光子探测器作为可见光成像仪中最主要的图像传感器，在太赫兹成像中也发挥着至关重要的作用。除低温制冷要求外，太赫兹光子探测器还有另外两方面的限制：工作频率限制（高于1.5 THz）以及可扩展性限制（难以实现高像素的探测器阵列）。使用光子探测图像传感器阵列捕获太赫兹图像的示例如图2c所示。另外，可以利用量子点或激光激发的原子蒸汽将从成像物体接收到的太赫兹光子转换为可见光子，并且可以利用光学相机在室温下实现对大量像素的高通量成像。然而，太赫兹到可见光的光子转换过程需要复杂且笨重的装置来实现。与光子成像仪相比，超导太赫兹成像仪可以提供同等水平甚至更高的灵敏度。同时，它们具有更好的可扩展性，并且能够在较低的太赫兹频段工作。超导成像仪主要有四种类型：过渡边缘传感器（TES）、动态电感探测器（KID）、动态电感测辐射热计（KIB）和量子电容探测器（QCD）。使用超导图像传感器阵列捕获太赫兹图像的示例如图2d所示。到目前为止，所讨论的频率域太赫兹成像仪均是进行非相干成像，并且仅能解析被成像物体的强度响应。相干太赫兹成像可使用外差探测方案来解析成像物体的振幅和相位响应。通过将接收到的来自成像物体的辐射与本振（LO）波束混合，并将太赫兹频率下转换为射频（RF）中频（IF），可将高性能射频电子器件用于相干信号探测。超导体-绝缘体-超导体（SIS）、热电子测辐射热计（HEB）、肖特基二极管、FET混频器和光电混频器可用于太赫兹到射频的频率下转换。由于外差探测架构的复杂性，所展示的相干太赫兹成像仪灵敏度被限制在数十个像素。太赫兹时域成像系统基于时域光谱（TDS）的太赫兹脉冲成像仪是另一种相干成像仪，它不仅能提供被成像物体的振幅和相位信息，还能提供被成像物体的超快时间和光谱信息。THz-TDS成像系统使用光导天线或非线性光学操纵在泵浦探针成像装置中产生和探测太赫兹波（如图3）。图3 太赫兹时域成像系统示意图：（a）太赫兹光电导天线阵列成像；（b）太赫兹电光取样成像。传统的THz-TDS成像系统通常是单像素的，并且需要光栅扫描来获取图像数据；而为了解决单像素THz-TDS成像系统成像速度慢、体积庞大又复杂的问题，基于电光效应和光导效应的图像传感器阵列已被采用。图4a为使用光学相机的电光采样技术捕获太赫兹图像的示例。基于电光采样的无光栅扫描THz-TDS成像系统既可用于远场太赫兹成像，也可用于近场太赫兹成像（如图4b）。无光栅扫描THz-TDS成像的另一种方法是使用光导图像传感器阵列（如图4c）。基于光导效应和电光效应图像传感器的无光栅扫描THz-TDS成像系统能够同时采集所有像素的数据。然而，时域扫描所需的光学延迟阶段的特性对整体成像速度造成了另一个限制。图4 基于电光效应和光导效应的图像传感器阵列的太赫兹时域成像系统示例研究人员对基于图像传感器阵列的不同太赫兹成像系统的功能和局限性进行了分析，如图5所示。频域成像系统只能解析被成像物体在单一频率或宽频率范围的振幅响应，无法获得超快时间和多光谱信息；但同时，它们配置灵活，可以使用不同类型的太赫兹光源，以实现主动和被动太赫兹成像。时域成像系统则既可以解析被成像物体的振幅和相位响应，也可以解析超快时间和多光谱信息；然而，它们只能用于主动太赫兹成像，并且需要带有可变光学延迟线的泵浦探针成像装置，从而增加了成像硬件的尺寸、成本和复杂性。图5 基于图像传感器阵列的不同太赫兹成像系统的功能和局限性分析虽然太赫兹成像系统的功能通常由上述原理决定，但可以通过修改其运行架构，以实现新的和/或增强功能。太赫兹光谱各类成像方案如图6所示。图6 太赫兹光谱各类成像方案太赫兹计算成像这部分内容主要介绍了各类计算成像方法，这些方法不仅提供了更多的成像功能，而且减轻了由太赫兹成像带来的对高通量操作的限制（放宽了对高通量太赫兹成像硬件的要求）。太赫兹数字全息成像全息成像允许从与物体和参考物相互作用的两光束的干涉图中提取目标信息。太赫兹全息成像系统利用离轴或同轴干涉。与利用THz-TDS成像系统进行相位成像相比，太赫兹数字全息成像无需基于飞秒激光装置并且更具成本效益。对太赫兹辐射源和图像传感器阵列的选择也更加灵活，可以根据工作频率进行优化。然而，太赫兹数字全息成像对成像物体有着更多限制，并且在对多层次和/或高损耗对象成像时受到限制。基于空间场景编码的太赫兹单像素成像与使用太赫兹图像传感器阵列直接捕获图像相比，太赫兹单像素传感器可以通过利用已知空间模式序列来顺序测量并记录空间调制场景的太赫兹响应，从而重建物体的图像。与用于频域和时域成像系统的太赫兹图像传感器阵列相比，该成像方案得益于大多数太赫兹单像素传感器的优越性能（如信噪比、动态范围、工作带宽）。图7总结了太赫兹单像素成像系统的发展。值得一提的是，压缩感知算法不仅适用于单像素成像，也可用于提高多像素图像传感器阵列的成像通量。图7 基于空间波束编码的太赫兹单像素成像系统的发展基于衍射编码的太赫兹计算成像到目前为止，本文介绍的太赫兹成像系统遵循的范式主要依赖于基于计算机的数字处理来重建所需图像。然而，基于数字处理的重建并非没有局限性。为了解决的其中一些挑战，最佳策略可以是为特定任务的光学编码设计光学前端，并使其能够接管通常由数字后端处理的一些计算任务。近期，一种新型光学信息处理架构正兴起，它以级联的方式结合了多个可优化的衍射层；这些衍射表面一旦优化，就可以利用光与物质相互作用，在输入和输出视场之间共同执行复杂的功能，如图8所示。近年来，衍射深度神经网络技术（D²NN）在太赫兹成像方面有着非常广泛的应用，例如图像分类，抗干扰成像，以及相位成像。图8 基于衍射深度神经网络（D²NN）的太赫兹计算成像系统示意图总结与展望综上所述，高通量太赫兹成像系统将通过深耕成像硬件和计算成像算法而持续发展，目标是具有更大带宽、更高灵敏度和更大动态范围的超高通量成像系统，同时还能为特定应用定制成像功能。太赫兹计算成像技术有望与量子探测、压缩成像、深度学习等技术相结合，为太赫兹成像提供更多的功能及更广泛的应用。研究人员坚信太赫兹成像科学与技术将蓬勃发展，未来太赫兹成像系统不仅会大规模应用于科学实验室和工业环境中，而且还将在日常生活中显著增长。这项研究获得了美国能源部资金（DE-SC0016925）的资助和支持。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41377-023-01278-0

p 　　由我国科学家自主研发的国内首台高平均功率太赫兹自由电子激光装置，日前在四川成都首次饱和出光。经第三方检测，实验真实可靠且装置运行稳定。我国太赫兹源从此正式进入自由电子激光时代。 /p p 　　8月29日，由中国工程物理研究院应用电子学研究所牵头的高平均功率太赫兹自由电子激光装置(CTFEL)首次饱和出光，并实现稳定运行。9月20日，经过专家组现场测试和中国兵器工业第205研究所第三方检测，CTFEL装置太赫兹频率在1.99THz、2.41THz和2.92THz三个频率点稳定运行，平均功率均大于10W，最高达到17.9W 微脉冲峰值功率均大于0.5MW，最高达到0.84MW。通过调节电子束能量和磁场强度，可以实现输出激光频率连续可调。 /p p 　　太赫兹(THz)辐射通常指频率在0.1THz—10THz区间的电磁辐射，波段位于微波和红外光之间，是人类尚未完全认识并很好加以利用的最后一个波(光)谱区间。物质的太赫兹光谱(包括发射、反射和透射)包含有丰富的物理和化学信息，研究有关物质在这一波段的光谱响应，探索其结构性质及其所揭示的新的物理内容已成为一个新的研究方向。自由电子激光(FEL)由于具有频率连续可调、功率大、线宽窄、方向性好、偏振强等优点，使得在同一台装置上实现太赫兹波段全覆盖的大功率理想太赫兹源成为了可能，故自由电子激光是目前该波段最有前途的高功率可调谐相干光源。 /p p 　　CTFEL装置是依托科技部支持的国家重大科学仪器设备开发专项“相干强太赫兹源科学仪器设备开发”项目，于2011年立项启动。作为一种新型相干强太赫兹光源，CTFEL装置在材料、生物医学等领域有着重要应用前景。 /p

中国第39次南极科学考察期间，中国科学院紫金山天文台牵头完成了南极内陆太赫兹天文试观测和通信收发等实验。紫金山天文台科考队员已乘坐极地考察船离开南极中山站，返航回国。中国南极昆仑站所在的冰穹A是独一无二的地面太赫兹天文观测优良台址，也是具有重要战略意义的科学考察地。中国第39次南极科学考察队于2022年10月先后随“雪龙2”号和“雪龙”号极地考察船从上海出发赴南极，并在时隔三年后再次派遣内陆队赴昆仑站、泰山站考察。紫金山天文台科研人员参加了此次南极内陆科学考察，携带一套我国自主研发的南极太赫兹探测实验系统，包括太赫兹超导接收机、太赫兹信号源、低温制冷机和小型高精度天线等自主研制的关键核心设备。科研人员分别在昆仑站和泰山站开展了太赫兹天文试观测和通信收发演示实验，首次实现我国自主研制太赫兹探测设备在南极内陆极端环境下的成功运行，并精确测定冰穹A地区0.5THz观测窗口大气透过率，进一步完善了前期太赫兹天文台址测量结果，对未来南极内陆太赫兹天文观测具有指导意义。本次实验还首次实现南极内陆地区公里级0.5THz频段太赫兹信号收发实验，为今后在南极深入开展下一代通信技术研究和实验验证奠定了基础。本次实验由紫金山天文台和中国极地研究中心联合组织实施。实验设备由紫金山天文台牵头，中国科学院理化所、中国电科集团54所、中国工程物理研究院和上海师范大学“史生才院士工作站”联合研制。相关工作得到国家自然科学基金委和中国科学院的支持，以及中国第39次南极科学考察内陆队的通力协作。2022年10月31日，紫金山天文台科考队员乘坐极地考察船启航科考队员紫金山天文台任远研究员在昆仑站工作

近日，市场监管总局批准建立太赫兹辐射功率基准装置，填补了我国太赫兹辐射功率量值传递与溯源能力空白，为太赫兹辐射功率量值准确获取和应用提供技术支撑。 太赫兹是位于微波和红外之间的电磁辐射，频率范围从0.1THz到10THz，对应波长从3mm到30μm。太赫兹具有强穿透力，能穿透塑料、织物、纸张、木箱等探测内部情况，且对人体无电离辐射损伤。太赫兹承载丰富的频谱信息，许多生物分子、蛋白质、食品、药品的特征光谱都落在太赫兹波段。太赫兹作为一种全新的技术手段，在人体安检、无损检测、高速通信、生物医学等领域都具有重要应用。例如，太赫兹用于人体安检时，辐射功率过低无法获取清晰的成像，辐射功率过高则会引起人员的不适；太赫兹用于高速通信时，辐射功率过低导致信息传不远，辐射功率过高则会引起饱和失真。 新建的太赫兹辐射功率基准装置，通过自主研制高吸收率太赫兹吸收材料和宽频段太赫兹绝对辐射计，实现了太赫兹辐射功率的精准复现，解决了太赫兹辐射功率长期无法溯源的难题，为太赫兹人体安检仪辐射功率精准控制、太赫兹无损检测探测器准确标定、新一代高速通信系统源和探测器性能测试提供了量值溯源的源头，也为太赫兹超导探测器天文观测、太赫兹气象卫星遥测预警、太赫兹高速电子器件研制等提供准确可靠的计量支撑。

p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 中国科学院半导体研究所超晶格国家重点实验室高速图像传感及信息处理课题组副研究员刘力源等研制出面向860GHz CMOS太赫兹图像传感器的像素器件。相关研究成果将于2017年在太赫兹领域学术期刊IEEE Transaction on Terahertz Science and Technology 上发表。 /p p 　　太赫兹 (Terahertz, THz) 波是指频率在0.3 THz - 3 THz 范围内，波长(1mm ~ 100mm) 介于毫米波与远红外光之间的电磁波。太赫兹波成像技术作为一种新型无损成像技术正在兴起，在生物医学、医疗诊断、安全检测、危险物品检查、隐形武器探测、材料表征和探伤等科学研究以及日用领域具有非常广阔的应用前景，业已成为各国争相研究的热点技术。在国家重点研发计划课题、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、中科院青年创新促进会基金和中科院基金的支持下，课题组研制出一种基于标准CMOS工艺的太赫兹像素器件及其集成化低噪声信号处理电路，如图1所示。器件采用了自主设计的CMOS片上天线、太赫兹波段匹配网络和高电压响应度晶体管结构。在常温工作条件下，像素器件的太赫兹电压响应率为3.3kV/W @860GHz，噪声等效功率为106pW/Hz0.5。课题组也验证了像素器件信号处理电路，它集成了低噪声斩波式仪表放大器和高精度的SD-ADC，为实现单片集成高分辨率太赫兹图像传感器奠定了基础。图2是基于像素器件扫描成像的实验结果。基于像素器件，有望进一步实现大面阵CMOS太赫兹图像传感器，提升我国在太赫兹成像领域的国际竞争力。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/bbac28dc-c956-49ab-9abd-667953f56d61.jpg" title=" 1.jpg" / 　 /p p style=" text-align: center " 图1 太赫兹像素器件结构(左)芯片照片(右) /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/8884854d-8f47-4c43-9977-98688dfc232b.jpg" title=" 2.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图2 成像结果：(a) 树叶的成像 (b) 隐藏在信封内的物体成像 /p p br/ /p

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。

中国第39次南极科学考察期间，中国科学院紫金山天文台牵头完成了南极内陆太赫兹天文试观测和通信收发等实验。紫金山天文台科考队员已乘坐极地考察船离开南极中山站，返航回国。中国南极昆仑站所在的冰穹A是独一无二的地面太赫兹天文观测优良台址，也是具有重要战略意义的科学考察地。中国第39次南极科学考察队于2022年10月先后随“雪龙2”号和“雪龙”号极地考察船从上海出发赴南极，并在时隔三年后再次派遣内陆队赴昆仑站、泰山站考察。紫金山天文台科研人员参加了此次南极内陆科学考察，携带一套我国自主研发的南极太赫兹探测实验系统，包括太赫兹超导接收机、太赫兹信号源、低温制冷机和小型高精度天线等自主研制的关键核心设备。科研人员分别在昆仑站和泰山站开展了太赫兹天文试观测和通信收发演示实验，首次实现我国自主研制太赫兹探测设备在南极内陆极端环境下的成功运行，并精确测定冰穹A地区0.5THz观测窗口大气透过率，进一步完善了前期太赫兹天文台址测量结果，对未来南极内陆太赫兹天文观测具有指导意义。本次实验还首次实现南极内陆地区公里级0.5THz频段太赫兹信号收发实验，为今后在南极深入开展下一代通信技术研究和实验验证奠定了基础。本次实验由紫金山天文台和中国极地研究中心联合组织实施。实验设备由紫金山天文台牵头，中国科学院理化所、中国电科集团54所、中国工程物理研究院和上海师范大学“史生才院士工作站”联合研制。相关工作得到国家自然科学基金委和中国科学院的支持，以及中国第39次南极科学考察内陆队的通力协作。2022年10月31日，紫金山天文台科考队员乘坐极地考察船启航

p 　　中国科学技术大学教授陆亚林量子功能材料和先进光子技术研究团队在太赫兹主动调控器件研究方面取得系列进展。该团队研究了太赫兹波与超构材料、氧化物超晶格薄膜相互作用机制，并成功制备了超快的太赫兹调制器，率先实现了皮秒级的高调制深度的太赫兹超快开关 同时制备了多功能的太赫兹器件，在单一器件中实现电开关、光存储和超快调制多种功能。相关研究成果近期相继发表在国际学术期刊《先进光学材料》。 /p p 　　太赫兹波具有独特的时域脉冲、低能、谱指纹、宽带等特性，它在物理化学、材料科学、生物医学、环境科学、安全检查、卫星通讯等领域有着广阔的应用前景。其中，影响太赫兹技术发展和应用的关键因素之一是难以获得主动太赫兹调控元器件。超构材料，一种由金属或介质材料的亚波长微结构阵列组成的人工材料，其奇异的电磁响应特性为太赫兹调控器件提供了绝佳的解决方案。遗憾的是，以往基于超构材料的太赫兹元器件均由金属材料构成，加工尺寸固定后，器件的功能在实际应用中便难以主动改变。因此，发展主动调控的太赫兹元器件有着重要的研究意义。 /p p 　　通常主动调控是对太赫兹波偏振、振幅、相位等进行调控，调控速度是另外一个指标。一些实际应用也迫切需求对太赫兹波进行超快调控。陆亚林团队设计并制作了基于硅介质的超快调控超表面。通过对硅薄膜进行离子注入和快速热处理工艺，大大减小了硅的载流子寿命并提高了自由载流子浓度。然后通过光刻、刻蚀工艺将硅薄膜加工为能在太赫兹波段共振的圆盘阵列结构的超表面。利用红外飞秒脉冲的激发，率先实现了皮秒级的高调制深度的太赫兹超快开关(开20ps，关300ps)，并基于半导体载流子动力学建立理论模型对其进行了合理的解释。相关研究成果近日在《先进光学材料》期刊上线。 /p p 　　另外，当前研究的太赫兹主动调控器件功能比较单一，即只能在单一外场下实现单一的功能。但单一功能难以适应当今技术发展的要求。因此，在单一器件上，实现多物理场的调控，并实现对太赫兹波的多功能调控，是当前太赫兹技术的发展前沿之一，也是实际应用的现实需求。有鉴于此，该团队基于VO2的绝缘-金属相变，通过将VO2与金属非对称开口谐振环结合，设计了一种太赫兹波段的多功能可调谐复合超表面，并利用国家同步辐射实验室副研究员邹崇文提供的高质量VO2薄膜，通过刻蚀、光刻等工艺制备了器件。此复合超表面能够通过加热和施加电流的方式实现对透射太赫兹波的振幅调控，绝对调制深度高达54%，品质因数高达138%。基于VO2在相变过程中的回滞特性，该复合超表面可以通过电流触发实现室温下对太赫兹波的记忆存储功能。此外，利用超快强脉冲泵浦，此复合超表面还能实现对太赫兹波的超快调控。从而，在单一器件实现了对太赫兹波的多功能调控。相关研究成果近日在《先进光学材料》期刊上线。 /p p 　　此外，很多材料在太赫兹波段的响应仍是未知的，而只有研究清楚了各类材料与太赫兹波相互作用的特性，设计主动太赫兹器件才能有迹可循。该团队利用自行搭建的两套太赫兹系统测量并分析了量子功能材料与太赫兹波的相互作用。重点研究了不同周期数的La0.7Sr0.3MnO3/ SrTiO3超晶格薄膜的太赫兹响应，发现了532 nm连续激光的泵浦对此超晶格在太赫兹波段的介电常数具有较大的调控作用，并通过Drude-Lorentz模型的拟合对此现象进行了微观机理的解释，这为寻找新的可用于太赫兹主动调控器件的功能材料开辟了新路径。相关研究成果发表在《光学快讯》[Opt. Express. 26, 7842 (2018)]上。 /p p 　　上述论文的第一作者为合肥微尺度物质科学国家实验中心博士研究生蔡宏磊，通讯作者为黄秋萍、陆亚林。该工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中科院和教育部等关键项目的资助。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/2420c70a-1699-4d09-9881-605198df6544.jpg" title=" 1.png" / /p p style=" text-align: center " 硅介质超表面器件示意图以及其对太赫兹波超快调控的实验结果 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/c2bbe902-a857-47af-9110-dac15eec004e.jpg" title=" 2.png" / /p p style=" text-align: center " 金属-VO2复合超表面器件示意图及其电开关、光存储功能的实验结果 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/d4a3ee1d-337a-4aa6-812d-3a05c3fe2e87.jpg" title=" 3.png" / /p p style=" text-align: center " La0.7Sr0.3MnO3/ SrTiO3超晶格薄膜在太赫兹波段的介电常数和激发光功率关系 /p p br/ /p p br/ /p

中国科学院紫金山天文台与中国电子科技集团第十三研究所合作，实现了基于超导体-石墨烯-超导体(SGS)约瑟夫森结的太赫兹频段高灵敏度探测器。近期，相关研究成果以A terahertz detector based on superconductor-graphene-superconductor Josephson junction为题，发表在Carbon上。 　　太赫兹频段(0.1-10 THz)介于微波与红外之间，是天文学领域观测早期遥远天体、冷暗天体及被尘埃遮掩而光学不可见天体等的独特“窗口”。在技术上，太赫兹频段处于电子学向光子学的过渡区域，是有待全面开发的电磁谱段。科研人员不断尝试新材料和新技术，以期实现背景极限灵敏度的天文探测。近年来，基于二维石墨烯材料的高灵敏度探测器技术快速发展，特别是二维石墨烯材料和超导材料相结合的SGS约瑟夫森结超导探测器已在微波波段实现，并有望拓展到太赫兹谱段，为研制高灵敏度太赫兹超导探测器开辟新途径。 　　该研究采用高温热解法外延生长的双层石墨烯薄膜作为微桥，连接两个铌(Nb)超导电极，研制出太赫兹谱段基于二维石墨烯材料SGS约瑟夫森结高灵敏度超导探测器。当石墨烯薄膜长度缩短至亚微米尺度时，科研团队观测到铌超导电极与石墨烯微桥间临近效应(Proximity effect)导致的约瑟夫森隧穿现象。研究通过监测石墨烯微桥中因吸收辐射引起的电流变化，即可检测太赫兹辐射信号。科研人员采用低噪声超导量子干涉仪(SQUID)作为该SGS约瑟夫森结探测器的读出电路，在1.4 THz频段和0.1-0.6K温区测得光学噪声等效功率(NEP)为2.5-5×10-16 W/Hz0.5，达到了该频段地面观测背景极限探测灵敏度。该研究首次在太赫兹谱段实现基于SGS约瑟夫森结高灵敏度探测器技术，拓展了二维石墨烯材料的应用方向，为研制天文应用大规模阵列太赫兹探测器提供新的技术途径。 　　研究工作得到国家自然科学委优秀青年科学基金项目、中科院关键技术研发团队项目等的支持。太赫兹超导体-石墨烯-超导体约瑟夫森结探测器示意图(左)和不同偏压下实测探测器灵敏度(光学噪声等效功率/NEP)随环境温度变化(右)

太赫兹波技术-改变未来世界的十大技术之一。太赫兹波是人类迄今为止了解最少、开发最少的介于无线电波和光波之间一个波段。太赫兹波拥有低能量,宽频谱,强穿透,瞬态性等技术特点,在国防、国土安全、天文、医疗、生物、计算机、通信等科学领域有着巨大的应用价值。　　太赫兹应用技术研究主要分为太赫兹波谱,成像,通信,军事等方向。　　细分领域涉及基础科学研究,质量检测,医学成像,材料无损检测,安全检查,室内局域无线通信,高速局域网络通信,军事国土安全等。　　高功率太赫兹辐射源,高灵敏度太赫兹波探测器,以及太赫兹波器件等关键组件是太赫兹波应用技术推广的基础。　　国际太赫兹市场较为成熟,国内市场处于发展初期。国际太赫兹技术较为成熟,已经逐步进入产业化应用,国际市场高速扩容。全球太赫兹组件和系统的市场将从 2015年的5600万美元增加到2023年的4.15亿美元,2015-2023年复合增长率为25.9%。 (TransparencyMarketResearch)截止到2014年,组件方面,太赫兹源占据较大的市场份额。　　系统方面,光谱系统占据最大市场份额。应用领域方面,非破坏性测试和研究实验室中的应用一起贡献了超过60%的市场应用。　　我国处于太赫兹技术应用拓展初期,政策支持与研发成果落地有望带动相关产业。　　太赫兹技术在国防军工和民用领域具有丰富的下游应用,国防军工领域主要涉及太赫兹雷达,爆炸物、毒气战剂和生物战剂的感测,军工通信(战术通信网,天基通信系统等),军用无损检测等。民用领域主要涉及人体安检,工业无损检测,生物医学(生化检测,医学成像,组织检测)等。　　投资建议:我们建议短期内关注安检和无损检测方向,中期关注太赫兹通信,长期关注太赫兹全产业链化发展。中国电科国产化率达到90%的中国首台太赫兹安检仪研制成功,打破了国外垄断,填补国内空白,目前已经试点推广,随着使用范围进一步扩大,并带动安防安检上下游行业,未来将形成千亿规模。太赫兹波在无损检测非金属复合材料方面相比传统的工业手段有着明显的优势。无线通信带宽已经无法满足物联网迅速发展,无线载波必将进入太赫兹波谱范围,支撑物联网万亿市场规模。　　太赫兹相关主要上市公司：四创电子(股东中国电科38所研发太赫兹人体安检仪),同方股份(子公司同方威视发展了在毫米波/太赫兹波领域业务-安检设备),华讯方舟(研发石墨烯太赫兹芯片,发展太赫兹成像和生物检测业务),大恒科技(太赫兹时域光谱仪),天瑞仪器(太赫兹波谱技术,液相色谱仪检测地沟油),聚光科技(太赫兹技术的地沟油快速检测仪合作研发单位),凤凰光学(太赫兹技术的地沟油快速检测仪合作研发单位),TCL(太赫兹通信)等。

太赫兹（THz）辐射频率处于电子学和光学频率之间，因此具备多种光电子特性。THz成像作为THz辐射最重要的应用方面，在国防、通信、生物、医学和材料有着巨大应用潜力。THz 时域光谱系统（THz-TDS）被广泛用于角膜含水量测量、角膜瘢痕成像、蛋白浓度检测和细胞标志物检测等。然而受限于衍射极限存在，THz成像分辨率一般被限制在毫米量级。近场光学成像技术使用空间尺度极小探针直接探测样品表面亚波长尺度细节，可有效突破衍射极限，是实现THz超分辨成像的重要路径。目前，根据探针工作方式的区别，THz近场成像技术可分为孔径探针THz近场成像和散射探针THz近场成像。孔径探针THz近场成像方案需要平衡空间分辨率、截至频率和近场耦合效率之间关系，其成像分辨率仍无法突破至nm量级。散射探针THz近场成像分辨率与探针几何结构和探针-样品表面距离有关，截至目前其成像分辨率可以突破至0.3 nm。本文综述了THz超分辨成像的基本原理及最新进展，围绕孔径探针和散射探针两种主流的THz近场成像技术，详述其在成像原理、成像质量与成像分辨率等方面的突破，并对THz超分辨成像做出总结与展望。图1 THz近场成像及其应用场景孔径探针孔径探针THz近场成像主要利用亚波长结构形成THz辐射源或THz探测器在近场范围内扫描样品表面提升成像空间分辨率。依据孔径类型分类，孔径探针THz近场成像共有四种技术路线，分别是物理孔径、动态孔径、人工表面等离子激元和近场天线。物理孔径探针通常为锥形波导，可以将THz辐射局域成亚波长THz辐射源并扫描样品，提升空间分辨率。其优势在于：结构简单制备容易，可根据THz源设计波导几何结构提升THz耦合效率。图2 锥形物理孔径THz近场成像示意图动态孔径THz成像系统主要有两种实现方式。一种是基于光泵浦方案，该方案激发半导体材料形成特定分布的载流子，进而调制THz空间分布。另一种是基于飞秒激光成丝方案，该方案应用光丝对THz辐射强束缚作用，或是应用交叉光丝，形成动态微孔调制THz空间分布。动态孔径技术优势在于，一方面可以和压缩感知技术结合在保证空间分辨率情况下极大提升成像速度，另一方面基于飞秒激光光丝可以进一步提升成像分辨率至20 μm。图3 交叉光丝形成动态孔径实现THz近场成像人工表面等离子激元器件表面具有周期结构，通过改变材料表面等效介电常数实现THz波近场聚焦。常规调制方案包括金属锥形结构聚焦探针、金属周期结构THz超透镜和石墨烯THz超透镜等；其适用波长范围广、聚焦效率高具有一定的应用前景，尽管目前还处于实验室阶段，但是随着THz器件加工技术逐渐发展，相信在不久的将来其实用性会得到提升。图4 人工表面等离子激元器件实现THz近场成像近场THz天线这是一种微型近场THz探测器，优势为在提升空间分辨率同时能够保证时间分辨率，另一方面THz近场天线可以被集成至片上，拓宽了其使用场景。 图5 近场天线实现THz近场成像散射探针散射探针THz近场成像系统，是通过测量探针与样品表面在外场作用下的近场耦合效应反映样品表面信息。其适用于宽谱THz光源，成像空间分辨率与探针几何结构和探针-样品表面间距有关最高可以达到0.3 nm量级。由于背景散射信号强度远大于近场散射信号强度，散射探针THz近场成像系统主要技术难点在于信号收集与提取。目前，较为成熟的近场散射信号提取技术包括：自零差方案、正交零差方案、伪外差方案和合成光学全息方案等。在保障扫描时间的前提下，伪外差方案成像对比度高且具备相位分辨能力，因此被广泛采用。散射探针THz近场成像系统通常使用扫描隧道显微镜或者原子力显微镜作为提供近场条件的媒介，可将探针针尖与样品表面间距精确控制在20 nm范围内。基于扫描隧道显微镜的散射THz近场成像系统优势：1）其空间分辨率最高可以提升至0.3 nm；2）基于扫描隧道显微镜增强隧穿电流原理，可以增强近场散射信号。缺点：扫描隧道显微镜是通过测量针尖与样品表面隧穿电流实时反馈控制针尖与样品表面间距，故此种方案不适用于不导电样品。图6 基于扫描隧道显微镜搭建的近场成像系统及其一维扫描结果图基于原子力显微镜的散射THz近场成像系统原子力显微镜，因其和扫描隧道显微镜类似，具有卓越的空间分辨能力，是搭建散射探针THz近场成像系统的主力设备，同时能够通过检测针尖与样品之间相互作用反馈控制针尖和样品间距，故该系统可以适用于多种样品。图7 基于原子力显微镜搭建的近场成像系统及其扫描结果图散射探针THz近场成像不仅可以将THz成像分辨率提升至nm量级，还可以被应用于检测样品表面载流子运动。与光学波段和红外波段成像技术相比，有掺杂的半导体或者半金属材料对THz波段更加敏感，因此散射探针THz近场成像技术还被应用在nm量级表征载流子数目和分布情况。 总结与展望随着强THz产生技术和高灵敏THz探测技术的不断发展，超分辨THz成像技术得到了长足发展。孔径探针和散射探针THz成像方案各有侧重，在不同领域得到广泛应用。根据以上总结，从应用角度出发对近场THz成像技术作出展望：(1)成像速度。目前大多数超分辨THz成像方案都是采用逐点扫描模式，尽管成像分辨率得到很大提升，但是成像速度较慢。(2)装置集成化与轻量化。高效的桌面式近场THz成像系统能够助力此项技术得以推广。(3)样品多样性。目前，nm量级THz近场成像技术主要被应用于材料学研究，未来可以充分发挥THz辐射优势，将检测样品扩展至生物大分子甚至活体。(4)大范围成像。未来可以在平衡成像质量与成像速度前提下，实现nm量级大范围样品成像。综上所述，本文概括了超分辨近场成像技术的多个技术指标，分别是空间分辨率、时间分辨率、相位分辨能力、成像速度、成像对比度和装置复杂性。在保证空间分辨率的前提下，提升其他技术指标仍然任重而道远。

12月12日，中物院太赫兹科学技术研究中心正式成立。国家科技部高新司、条财司，国家基金委数理学部，四川省科技厅和绵阳市政府领导，院领导及相关部门领导和专家参加了会议。 　　会议宣读了《关于组建中物院太赫兹科学技术研究中心的通知》、《关于成立中物院太赫兹科学技术研究中心管理委员会的通知》和《关于成立中物院太赫兹科学技术研究中心学术委员会的通知》，并向中心授牌。 　　太赫兹科学技术研究中心代理主任、电子工程研究所所长姚军代表中心在发言中，向给予中心成立和今后发展高度关心、支持和帮助的国家机关领导、院所各级领导和专家表示深深的感谢，并表示电子工程研究所作为中心挂靠单位，一定会为中心提供优质的保障与服务，确保中心的高效运行和健康发展。 　　国家科技部高新司胡世辉副司长在讲话中指出，中心的成立要以国家的重大需求为牵引，围绕国家目标加强顶层设计，加强重大科学问题和重大应用问题研究 希望中心创新管理体制和运行机制，能够以更加开放合作的姿态来开展研究，特别要加强产学研的合作，加强国际合作和交流，为国内太赫兹研究搭建良好的创新平台。 　　国家基金委数理学部物理一处张守著处长在讲话中表示，中心的成立对推动我国太赫兹研究将发挥重大的作用，基金委也将积极支持这方面的研究工作。 　　院长赵宪庚在总结讲话中指出，中心的成立对我院“三元”发展战略具有重要意义，同时就中心在研究重点和发展方向、创新管理体制机制、加强人才队伍建设和太赫兹实验室建设等方面提出建议。并表示在上级机关的正确领导下，中心要不断突破关键技术，为我国太赫兹科学技术的发展与应用做出应有的贡献。 　　中心副主任张健研究员在会上作了《中物院太赫兹研究进展和发展设想》的报告，向与会者介绍了院太赫兹发展定位与总体目标、研究进展和发展设想。 　　会后，国家科技部和国家基金委等领导和来宾参观了太赫兹通信和雷达系统、太赫兹半导体器件和微纳电真空器件，太赫兹自由电子激光器和电真空器件，太赫兹量子级联激光器，太赫兹时域光谱系统等研制情况。 　　【中国工程物理研究院太赫兹科学技术研究中心简介】 　　为推动太赫兹科学技术研究，中国工程物理研究院2011年成立了太赫兹科学技术研究中心，简称“中物院太赫兹研究中心”(TerahertzResearchCenter，THZRC)。中心实行院管委会领导下的首席科学家负责制，管委会主任由院主管副院长担任，中心主任由首席科学家兼任。中心主要围绕太赫兹物理理论、半导体太赫兹技术、电真空太赫兹技术以及太赫兹在通信、雷达、光谱学和成像中的应用开展研究。太赫兹研究中心目前成立了4个研究室，包括太赫兹总体和应用技术研究室、太赫兹理论研究室、太赫兹半导体器件研究室和电真空太赫兹技术研究室，依托各相关研究所开展工作，并计划在中物院成都科技创新基地建设太赫兹实验室。2011年经中国科协批准成立的中国兵工学会太赫兹应用技术专委会挂靠中物院电子工程研究所和该中心。中心依托中物院无线电物理、光学、通信与信息系统、物理电子学等研究生学位点招收博士、硕士研究生以及接收博士后进站研究。 　　中物院在太赫兹通信、雷达、固态电子学器件、RF-MEMS器件、微纳电真空器件、大功率电真空器件、自由电子激光器、量子级联激光器、超宽谱太赫兹源、光谱成像与检测等方面开展了研究，并取得一系列重要成果。2005年，研制出我国第一个2.6THz可调谐相干自由电子激光太赫兹源，被评为2005年度中国基础研究十大新闻 2010年，基于固态电子学研制出我国第一个0.14THz/10Gbps无线通信传输样机系统(软件解调)并完成0.5km无线传输试验，2011年进一步研究了0.14THz/2Gbps的16QAM无线通信实时硬件解调器并完成1.5km无线传输试验 2011年，研制出我国第一个0.14THz高分辨率ISAR雷达成像演示系统，实现了分辨率优于5cm的二维实时成像 同时，在0.3THz以上的太赫兹固态电子器件与电真空器件、量子级联激光器、太赫兹科学仪器等方面也取得重要进展。 　　中物院太赫兹研究中心将以国家和社会需求为牵引，以推动太赫兹科学技术发展为目标，扩大开放融合，加强体制创新，主动融入国家科技创新体系，与国内外同行紧密合作，把中心建成科研实验设施先进、特色鲜明、机制灵活、国际一流的开放型太赫兹科学技术研究中心。

p style=" text-indent: 2em text-align: justify " strong 仪器信息网讯& nbsp /strong span style=" text-indent: 2em " 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”成立大会于2020年1月12日在天津举行。本次大会由毫米波太赫兹产业发展联盟主办，莱仪特太赫兹（天津）科技有限公司承办，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与天津大学精密仪器与光电子工程学院联合协办。近百位太赫兹领域的专家学者、各领域的企业用户齐聚天津，分享科研成果、企业需求，共话太赫兹技术与产业发展道路。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 太赫兹电磁波段具有频谱资源丰富、穿透性强等特点。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，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。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 国内太赫兹科技研究发展迅速，对太赫兹技术的应用需求与日俱增，将带动国内太赫兹光谱检测与成像技术相关的芯片、模块、系统以及太赫兹数据的爆发式增长。据统计数据显示，2017年中国太赫兹光谱检测与成像技术的市场规模约为2亿元，预计2020年将达5亿元，到2023年中国太赫兹光谱检测与成像技术的市场规模将超10亿元。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 400px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/6e629ed1-2554-421c-bd65-6f74be431475.jpg" title=" 会议照片.jpg" alt=" 会议照片.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " strong style=" text-indent: 0em " 会议现场 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 在此次会议上，毫米波太赫兹产业发展联盟特别成立了“太赫兹光谱与测试工作组”，旨在通过工作组的努力，推动太赫兹光谱技术的应用及其标准化工作，并促进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。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 会议由毫米波太赫兹产业发展联盟秘书长刘海瑞主持，他首先对联盟的组织架构、联盟单位、工作进展以及“太赫兹光谱与测试工作组”的主要成员进行了介绍，并宣布“毫米波太赫兹产业发展联盟· 太赫兹光谱与测试工作组”正式成立。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 400px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/8627ed3b-02fd-479f-9ffe-8033d602f756.jpg" title=" 刘海瑞.jpg" alt=" 刘海瑞.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " strong style=" text-indent: 0em " 毫米波太赫兹产业发展联盟秘书长 刘海瑞 /strong /p p strong style=" text-indent: 0em " /strong /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 随后，揭牌仪式正式开始，由天津市科学技术委员会生物医药处处长王锐与太赫兹光谱与测试工作组组长、天津大学何明霞教授共同揭牌，并为工作组理事单位颁发牌匾。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong /strong /p p style=" text-align: center" img style=" width: 600px height: 400px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/2ade9f08-8358-4590-9183-96bd5c54051a.jpg" title=" 揭牌.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" alt=" 揭牌.jpg" / /p p style=" text-align: center" img style=" width: 600px height: 400px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/5e497f39-5a58-4659-b731-631b58547eeb.jpg" title=" 揭牌2.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" alt=" 揭牌2.jpg" / /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " strong 揭牌仪式 /strong /p p br/ /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/fd76136e-a905-43b6-8c70-20314ad4b7da.jpg" title=" lingjiang .jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" alt=" lingjiang .jpg" style=" width: 600px height: 400px " / /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " strong 颁发理事单位牌匾 /strong /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 天津大学精密仪器与光电子工程学院院长曾周末教授、太赫兹光谱与测试工作组组长、天津大学精仪学院何明霞教授和首都师范大学张存林教授分别致辞，表达他们对工作组成立的祝贺与期望。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 400px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/972b8f45-0e07-4ef3-8c0c-fe7b135d16a5.jpg" title=" 院长.jpg" alt=" 院长.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " strong style=" text-indent: 0em " 天津大学精密仪器与光电子工程学院 院长 曾周末 /strong /p p strong style=" text-indent: 0em " /strong /p p style=" text-align: center" img style=" width: 600px height: 400px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/a3dd1525-346b-4d55-8f44-68c3d1116704.jpg" title=" hemingxia.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" alt=" hemingxia.jpg" / /p p br/ /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 赫兹光谱与测试工作组组长、天津大学 教授 何明霞 /strong /p p br/ /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/b3ce6e8f-0196-47d8-9023-b491d0cad414.jpg" title=" 张存林.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" alt=" 张存林.jpg" style=" width: 600px height: 400px " / /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " strong 首都师范大学 教授 张存林 /strong /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 大会报告环节中，8位太赫兹领域的专家及工作者进行了精彩的分享。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong /strong /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 400px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/90b59608-61c7-45d5-9ecd-0659b8c93984.jpg" title=" 年夫顺.jpg" alt=" 年夫顺.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 中国电子科技集团有限公司 首席科学家 年夫顺 /strong br/ /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 报告题目：基于电子学的太赫兹材料电磁特性测试与结构成像技术研究进展 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 在材料测量中，太赫兹材料测量可以深入材料内部，具有电磁特性且对人体无害，有其不可替代性。年夫顺从太赫兹工程相关问题思考、关键技术仪器设备、材料电磁特性测量、材料三维结构成像仪及团队建设未来展望几个部分进行了分享。他还指出，太赫兹目前还没有相应的标准，需要联盟和工作组的共同努力，将太赫兹技术“发扬光大”。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong /strong /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 400px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/facef07b-04f9-4eec-9199-37709da8242f.jpg" title=" 朱亦鸣.jpg" alt=" 朱亦鸣.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 上海理工大学 教授 朱亦鸣 /strong br/ /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 报告题目：太赫兹波谱技术进展及其应用 /strong /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 太赫兹因其独特的性质已成为各国争相抢占的科学制高点，它既是科学前沿，又是国家的重大需求。朱亦鸣从目前国内太赫兹技术的发展状况，以及它在食用油油品检测、危险品检测、公共安全检测、中药有效成分检测和癌细胞检测等相关领域的应用对国内太赫兹发展的整体状况进行了介绍。随后，他还分享了太赫兹成像新技术——太赫兹近场超分辨显微镜。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong /strong /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 400px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/3d3627d6-6994-4227-aaf4-1f650554325c.jpg" title=" 黎华.jpg" alt=" 黎华.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 研究员 黎华 /strong br/ /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 报告题目：新型太赫兹激光光频梳及光谱应用 /strong /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 科学与应用的发展对表征技术提出了新的需求，包括超高空间分辨、超快时间分辨及精细光谱分辨等，且表征方法也在向低能量尺度表征发展。黎华基于高性能半导体太赫兹量子级联激光器与光频梳，结合近场显微技术，实现了太赫兹波段时间、空间、光谱的高分辨，解决了色散，主/被动稳频三大挑战，并在国际上首次实现了紧凑型实时太赫兹光谱仪。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong /strong /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 400px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/60ae14fe-ace0-4b87-bd15-cd818d3985ae.jpg" title=" 曲秋红.jpg" alt=" 曲秋红.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 莱仪特太赫兹（天津）科技有限公司 技术总监 曲秋红 /strong br/ /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 报告题目：太赫兹光谱检测应用研究及莱仪特检测平台 /strong /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 太赫兹技术应用前景十分广泛，但太赫兹光谱技术发展还存在很多在技术、成熟度及应用场景中的问题。曲秋红在报告中对莱仪特太赫兹（天津）科技有限公司的检测平台进行了简要的介绍，并分享了平台为食品、中药、太赫兹研究等领域用户提供检测服务的典型案例。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong /strong /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 400px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/4a9f2910-9926-455d-91df-8c28c4ba6261.jpg" title=" 赵红卫.jpg" alt=" 赵红卫.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 中国科学院上海高等研究院研究员 赵红卫 /strong br/ /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 报告题目：太赫兹光谱技术在生物化学中的应用研究 /strong /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 太赫兹在生物化学和生物医学等领域具有广阔的前景。报告中，赵红卫从太赫兹在生物化学检测和手性生物分子的应用入手，介绍了太赫兹在生物化学及生物医学领域的应用，并分享了太赫兹光谱解析的一些心得。最后，她对太赫兹未来的发展提出了一些展望。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong /strong /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 400px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/a3f6f0ad-9320-48bc-a52f-e47acdb6e7bb.jpg" title=" 张彦华.jpg" alt=" 张彦华.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 爱德万测试（中国）管理公司 新业务高级拓展经理 张彦华 /strong br/ /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 报告题目：“蒲公英花开”——太赫兹谱数据共享平台 /strong /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 目前，国内外多家单位拥有一定量的太赫兹光谱数据，但都规模较小、检测平台仪器型号多样，导致各单位交流难度大，且无统一的测样标准。张彦华介绍了爱德万测试（中国）管理公司的蒲公英太赫兹谱数据共享平台，是如何通过用户单位共享的方式让用户获得更加完整的数据库。他还展示了数据平台的相关功能。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong /strong /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 400px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/2f1a6ace-c861-4a8a-92d4-d7cdf410fcfd.jpg" title=" 叶伟斌.jpg" alt=" 叶伟斌.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 清华大学天津电子信息研究院 电子综合检测中心总监 叶伟斌 /strong br/ /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 报告题目：测试太赫兹材料与器件电磁参数的技术与方法 /strong /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 毫米波太赫兹通信具有设备小、定向性强、频谱资源丰富、具有穿透等离子体能力等特点，可以应用于雷达探测、材料成像、生物探测和通讯技术中。报告中，叶伟斌首先简要介绍了清华大学天津电子信息研究院电子综合检测中心的电子综合检测平台，随后，他分享了平台检测雷达芯片的实际案例，最后他还列出了平台提供的毫米波太赫兹的检测服务项目。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong /strong /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 400px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/ef2c7fd7-a93c-462d-a8cb-39e20d1f081d.jpg" title=" 邓玉强.jpg" alt=" 邓玉强.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 中国科学院计量院 研究员 邓玉强 /strong br/ /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 报告题目：太赫兹计量研究 /strong /p p style=" text-indent: 2em " 太赫兹是宏观电子学和微观光子学的桥梁，近年来，各类太赫兹测量仪器不断涌现，但却没有统一的标准。邓玉强研究员介绍了他在太赫兹计量领域的一些研究成果。如太赫兹时域光谱计量、太赫兹辐射功率计量、太赫兹波长频率计量、太赫兹空域参数计量，以及太赫兹计量应用几个部分。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong /strong /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/e2619468-d700-4ff9-b1f3-6f98caa85110.jpg" title=" heying.jpg" alt=" heying.jpg" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 全体与会代表合影 /strong br/ /p

安检作为维护国防、机场、车站、港口等大型活动场所安全的重要环节，一直备受重视。目前广泛使用的“金属门加手检”的安检方式，虽然能维护公共安全，但存在一定局限性。首先，“金属门加手检”无法检测爆炸物、陶瓷刀、液体等非金属危险品；另一方面，这种方式需要触碰旅客身体，且精度低、检查时间长、舒适性差，因此需要发展新安检技术。随着我国安全检查技术的不断发展，“安检智慧化”也被逐渐提上日程。使用更加高科技的手段保障社会公共安全也成为大众的共识。为应对社会的发展需求，近年来，毫米波太赫兹安检技术应运而生并日益成熟。目前，已在地铁、机场、医院、会展等应用领域及场景中开展了试用和应用。毫米波太赫兹安检技术产业化发展也将迎来快速的增长。此外，毫米波太赫兹作为新兴技术在国内发展迅速，在某些方面已赶超发达国家。毫米波太赫兹安检仪器的国产化已达到很高的程度，几乎可以达到“自给自足”，部分关键部件性能甚至超过发达国家生产的部件。毫米波太赫兹安检技术或有望成为中国领先世界的领域。为了加强技术交流，分享科学成果，促进企业产品推广，进一步焕发市场活力，毫米波太赫兹产业发展联盟特联合仪器信息网共同举办“毫米波太赫兹安检产业发展论坛” 暨首届 “蓝海杯”2020年度毫米波太赫兹安检仪器产品评奖活动。共同推荐毫米波太赫兹安检技术产业化进程。致辞刘海瑞，博士、中国信息通信研究院高级工程师。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。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。报告题目：被动太赫兹成像探测中的统计无线电技术（点击回放）邱景辉，博士，哈尔滨工业大学教授，博导，电磁场与微波技术学科带头人、微波与天线技术研究所所长，乌克兰技术科学院外籍院士，获得国家科技进步二等奖、国防科技进步一等奖，省部级二等奖、三等奖，111引智基地负责人，自然科学基金重点项目群重点项目负责人，以及多项国防和民用项目负责人，筹划组织了4届中乌科技论坛，并担任中乌科技论坛大会执行主席，发表论文150余篇，专利30余项。报告题目：毫米波太赫兹安检成像探测技术进展及展望（点击回放）赵自然，博士，清华大学研究员，男，1977年生，现任危爆物品扫描探测技术国家工程实验室副主任，粒子技术与辐射成像教育部重点实验室副主任、警务物联网应用技术公安部重点实验室副主任。近年来，围绕探测与成像技术，开展成像信号探测、信息处理、系统构建研究。针对近场毫米波全息成像的精度和成本问题，改进了成像物理模型，提出基于标量衍射理论的精确重建算法和基于相位解卷绕的距离向分辨率增强方法，首次实现平面扫描的高精度重建，并将成果转化为机场海关应用的毫米波人身安检仪。为发展太赫兹安检成像，揭示了太赫兹激发光热电效应的科学机理和物理特性，提出太赫兹光热电探测技术，研制出自供电高灵敏原型器件，获得超宽频谱响应。近5年，通讯作者发表SCI论文18篇；第一发明人发明专利授权16项，国际发明专利授权18件。作为团队核心成员获国际发明展览会金奖、中国体视学学会科学技术奖一等奖、国家科技进步奖创新团队奖等；作为第一完成人获得2019年北京市科技进步一等奖、第二十一届中国专利优秀奖；入选科技部创新人才推进计划、国家万人计划科技创新领军人才；2019年被评为清华大学先进工作者。报告题目：近场雷达目标特性与人体安检成像（点击回放）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，首都师范大学太赫兹光电子学教育部重点实验室外聘教授，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和民用航天太赫兹成像重大项目，目前已有三项成果通过部级鉴定。学术兼职方面担任工信部无线电频率规划专家组成员、中国通信学会天线与射频技术专委会委员，毫米波太赫兹产业联盟副理事长，多次担任国际会议 Session Chair，担任IEEE Transaction on Antenna and Propagation和《电子学报》审稿专家。报告题目：太赫兹固态信号发生、接收与前端组件集成技术邓建钦，博士，研究员级高工，工作于中电科思仪科技股份有限公司，长期从事毫米波及太赫兹测试技术研究和测试仪器研制工作，主持完成重大专项、预研、型号等多项国家项目，成功开发系列毫米波及太赫兹测试仪器，解决了国内毫米波与太赫兹技术研究和应用开发等测试问题；开发了系列毫米波与太赫兹应用前端组件，满足了成像、探测等应用开发需求。成果获国家科技进步奖1项，省部级奖项6项，发表学术论文20余篇，申请国家发明专利30余项。报告题目：毫米波PIN二极管开关芯片及其在毫米波安检成像中的应用（点击回放）高一强，博士毕业于中科院上海微系统与信息技术研究所，2019年加入上海微系统所工作至今。主要研究兴趣为基于化合物半导体的毫米波集成电路设计，微波、毫米波组件及其在探测和传感中的应用。曾参与重大仪器专项、自然基金重点、中科院STS等项目。成功研制Ka波段毫米波成像的整套前端芯片（低噪放、功放、混频器、倍频器等），W波段毫米波成像用的四通道发射与接收SOC芯片。关于首届 “蓝海杯”2020年度毫米波太赫兹安检仪器产品评奖活动本次大赛的主题是“毫米波太赫兹技术赋能、人体安检行业来到新时代”，旨在向全社会各行各业广泛征集毫米波太赫兹技术在安检安防领域的新产品、新应用和新技术，发挥行业的需求引领作用，发掘企业及个人的创新设计，集思广益，力争孵化一批新产品新应用，为毫米波太赫兹安检产品的产业化商用奠定基础。本次大赛设置特等奖、最佳人气奖、最佳设计奖、最佳商业价值奖、最佳社会效益奖、入围奖（优秀产品奖）等特色奖项。联盟与组委会将积极推动参赛项目与项目孵化单位的合作，进行产业化孵化。下午 ：首届“蓝海杯”毫米波太赫兹安检仪产品评奖活动专题报告会汇报厂家：1、 江苏亨通太赫兹技术有限公司2、 欧必冀太赫兹科技（北京）有限公司3、 博微太赫兹信息科技有限公司4、 北京航天易联科技发展有限公司5、 中国电子科技集团公司第十四研究所6、 同方威视技术股份有限公司结果近期即将揭晓，敬请期待！特别放送：报告题目：新型人体安检产品的应用浅析（点击回放）王璞，男，毕业于浙江大学，现就职于同方威视技术股份有限公司，常年从事以“人”为中心的成像式新型人体安检设备研发，产品化，基于特定行业的解决方案开发等工作，涉及的主要技术产品包含：主动式毫米波人体、被动式太赫兹人体、背散射人体、X射线透视人体安检仪等。曾负责公司人体安检产品在欧洲及中国民航的认证工作，并参与撰写毫米波仪器设备国标和国际标准草案，具有丰富的全球人体安检领域实践经验，熟悉不同国家和地区、不同用户群体的“人检”需求和应用模式，主导公司人体安检类仪器设备在美加澳新等国公检法领域的使用模式设计及应用；主导仪器设备在欧洲、中东、亚洲、非洲各国机场和海关的部署和应用实践工作。

近日，新加坡南洋理工大学电气与电子工程学院的Qi Jie Wang教授团队及其合作者们通过构建光子类马约拉纳零模（Majorana-like zero mode），在量子级联激光芯片中实现单模、柱状矢量光场输出的太赫兹量子级联激光器。相关成果以“Photonic Majorana quantum cascade laser with polarization-winding emission”为题发表于期刊《Nature Communications》上。新加坡南洋理工大学电气与电子工程学院博士后韩松(现为浙江大学杭州国际科创中心和浙江大学信电学院研究员)为论文第一作者，博士研究生Yunda Chua为共同第一作者；南洋理工大学电气与电子工程学院Qi Jie Wang教授为论文第一通讯作者，武汉大学信息电子学院曾永全教授为共同通讯作者。拓扑学研究的是几何物体或空间在连续形变下保持的全局性质，它只关注物体之间的空间关系而不考虑其大小和形状。对具有特殊拓扑性质的光子结构而言，空间上的缺陷和无序只会引起局部参数变化，不影响该空间的全局性质。拓扑光子结构的典型特征在于结构内部是绝缘体，而表面则能支持无带隙的界面（表面）态。受结构全局性质的规范，界面态可沿着有限光子绝缘系统的边缘或畴壁单向传输，并且能够有效地绕过结构拐角及制备误差引起的缺陷和无序而无后向散射（即拓扑保护）。因此，拓扑光子结构可用于实现高鲁棒性半导体激光器，即“拓扑激光器”。然而，拓扑激光器研究面临两大共性难题：1）需要光泵；2）需要外加磁场或者构建等效磁场来产生受拓扑保护的界面态激光模式。二者均显著增加了激光器系统的复杂程度、成本和功耗，降低了激光器的可靠性，阻碍了其实用化进程。针对上述难题，课题组前期利用量子能谷霍尔效应的原理，以太赫兹有源超晶格材料为增益介质，集成能谷光子晶体,通过简单的设计打破结构反对称性来产生“能谷-动量锁定”的边界传输模式，实现了拓扑界面态的片上单向传输和放大，从而首次研发出电泵浦拓扑激光器。然而该工作是多模激光器且其信噪比低，难以实现激光器出射光的光束控制。随后，来自南加州大学的科学家利用量子自旋霍尔效应，在室温条件下，实现近红外电泵浦单模激光。然而，该工作设计复杂的超大尺寸耦合环形谐振腔阵列实现拓扑边界态，其样品整体尺寸在200个波长以上，且需要耦合光栅增强激光输出和信噪比，难以实现光束调控、赋形、极化控制等高性能激光器。此外，两个工作均需要选择性地泵浦边界态，牺牲光子晶体体态增益材料，难以实现大面积集成的高功率激光器。因此，对电泵浦拓扑激光器性能的提升，如光束调控、赋形、极化控制、高功率输出等，亟待新的物理机制。团队创造性地将凝聚态中p波超导的马约拉纳零能模式引入到光子晶体体系，并利用光子类马约拉纳零能模式的辐射特性，实现了全动态范围单模输出（边模抑制比大于15dB，输出光率约1毫瓦）、柱状矢量光场调控、固态电泵浦、单片集成的太赫兹拓扑激光器。该成果的独特优势还有：（1）在不需要选择性泵浦的情况下，其发光腔体整体直径可以低至大约4个波长，是目前报道能保证毫瓦量级功率条件下最紧凑的太赫兹拓扑激光器（相对激光波长），这极大提升了该类半导体激光器在实际应用中的集成度。（2）光子马约拉纳微腔的自由光谱程(free spectral range)与腔体尺寸呈现二次方反比律[3]，这一特性使得光子马约拉纳微腔更容易在大面积条件下保持单模激光输出。团队也在电泵浦拓扑激光器体系中证实了该二次方反比律，并实现了大面积泵浦下高功率（大于9毫瓦）和单模激光输出，其功率是同等尺寸下脊形激光器的5.4倍。图1.光子马约拉纳激光器的示意图a和加工样品图b。图2.a.超胞（supercell）能带随Kekule调制相位的变化。b.类马约拉纳光子腔的相位分布及六方晶格位置与相位之间的关系。中心虚线圆包围的部分为非Kekule调制区域（non-Kekule modulated region），其半径标记为ζ，这里ζ=2a。图中显示马约拉纳光子腔的相位绕数为+1。c.相位绕数为+1的类马约拉纳光子腔的空气孔的大小分布。d,e.三维模拟的类马约拉纳光子腔的近场（Ez）与远场（Intensity）分布。图3. a，b实验测到的激光模式随泵浦电流密度变化，a.相位绕数+1，b.相位绕数-1。c.理论计算的净增益。d.实验测得的L-I-V曲线和在对应位置激光光谱。图4.远场测试。a.测试装置示意图。b,c.数值仿真和实验测试的远场光斑。d,e.加偏振片后的激光光谱和光斑。图5.大面积激光的L-I-V曲线，激光光谱，和单模性分析。