太赫兹探测

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

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。

我国太赫兹探测成像领域取得重大突破 　　山东科学院自动化所研发出太赫兹探测成像仪 　　在好莱坞大片中，常常出现特种部队通过特种设备隔墙“看”到搜索目标的情景。日常生活中的很多时候，人们也希望自己的眼睛可以透视，能够“看”到被遮挡的另一侧的物体。如今，这种设想在我国正逐步成为现实。 　　记者从山东省科学院自动化研究所了解到，该所最近成功研制出一种特殊的仪器设备，能够让我们“看”到障碍物另一侧的状况。这一最新成果的达成，标志着我国超宽带与太赫兹探测成像领域取得重大突破，对于保障公共安全和国民经济发展具有重大意义。反恐防暴和人员救援的“好帮手” 　　5日，山东省科学院自动化研究所超宽带与太赫兹实验室内，一堵实验墙壁立于一台小巧的仪器和目标物之间。当工作人员打开该仪器时，神奇的一幕出现了仪器的显示屏上显示出该目标物的清晰轮廓和在房间内的相对位置 当物体移动时，显示屏上物体的图像也随之移动 当有人来到实验墙另一侧时，人的图像也会立刻呈现在屏幕上。 　　该研究所所长成巍告诉导报记者，这种神奇的仪器叫超宽带太赫兹探测成像仪(简称“太赫仪器”)，可以透过墙壁“看”到屋内人员的分布和活动，以及混乱环境中的物体，可应用于反恐防暴斗争中犯罪分子的搜寻以及地震、塌方、火灾等灾害现场的人员救援等。 　　据介绍，太赫兹(即Terahertz，简写为 THz，1THz=1012Hz)泛指频率在0.1Thz至10THz波段内的电磁波，位于红外和微波之间。由于具有频率及空间分辨率很高、脉冲很短、时间分辨率很高、能量小不会对物质产生破坏作用等独特性能，在通信、雷达、无损检测等方面具有深远而重要的影响，因而被美国列为“改变未来世界的十大技术”之一。 　　在美国，太赫兹电磁波已经少部分用于机场人员的安检，物品安检则仍然使用X 光进行。 　　在现实生活中，人们熟悉的X光也具有透视功能，它与太赫兹电磁波有何不同呢?“X 光由于波长较短，光子能量较高，因而对人体照射会造成肌体不同程度的损伤，但太赫兹电磁波却不会造成任何损伤。”成巍说，由于光子能量较高，X 光穿透物体后难以反射成像，而太赫兹电磁波却不存在这一短板，因而可以将相关仪器做得更小，即使一个人也可以轻松携带，大大方便了人员使用。煤矿和航空航天安全的“保护神” 　　正是看到太赫兹技术广阔的应用前景，山东省科学院自动化研究所的研究团队制定了研发蓝图，在太赫兹的多个应用领域展开技术攻关。该团队从前文介绍的超宽带太赫兹探测成像仪起步，正在进一步研究应用于煤矿探测的太赫兹透射成像雷达和碳纤维复合材料无损检测装备等。 　　“每年我国瓦斯爆炸和突水引起的矿难事故严重威胁着人们的生命和财产安全。如果有一种仪器，能够穿透岩石、土壤和煤层，在煤矿开采时实时地预测到岩层后大量水和瓦斯的存在，将降低事故发生的概率。”成巍说，该研究所的太赫兹透射成像雷达研制成功后，将针对目前煤矿中导水裂隙进行探测，提供清晰图像，为煤矿的危险防治提供技术与设备支撑。 　　值得一提的是，随着碳纤维复合材料大量应用于飞机、卫星及运载火箭，采用新技术、新装备开展碳纤维复合材料的无损检测，对于保障我国航空航天的安全尤为重要。太赫兹成像技术在检测碳纤维复合材料内部缺陷方面，具有许多其他检测技术不具备的独特优势。通过对比材料的实物照片和相应方法重构的THz透射图像，能清晰地分辨出材料内部的情形，这样就可以提前检测出通过其他手段不易发现的内部缺陷和耗损，这将大大减少安全事故的发生。目前，该项技术已完成了前期调研和技术规划，进入研发阶段。 　　据了解，《国家“十二五”科学和技术发展规划》已将太赫兹技术列为“需求导向的重大科学问题”研究领域，并加大了资金支持。目前，山东省科学院自动化研究所的相关成果已经达到国际先进水平，必将为我省乃至我国在太赫兹技术领域的研究揭开新的一页。

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

华盛顿2010年7月11日电(记者任海军)美国纽约州伦斯勒理工学院11日发布新闻公报称，该机构研究人员日前在美国国防部大力资助下研制出一种太赫兹遥感设备，可在20米外探测目标物体是否装有爆炸物。 　　公报说，这一设备借助激光诱导荧光生成可以与太赫兹波相互作用的等离子体，后者可在20米外获得目标物体的太赫兹波“指纹”(波谱)。由于每种物质都有独特的太赫兹“指纹”，将目标物质的“指纹”与探测器中事先已存储的大量太赫兹波谱对比，可以判定目标物体性质及其内部情况。 　　太赫兹波是指频率在0.1太赫兹至10太赫兹(波长为3000微米至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穿透能力，可以作为一种特殊的“探针”用来对物质内部进行深入研究。 　　研究人员研制的新设备可以“看透”衣服和包装物，迅速确定除金属和液体外的几乎所有其他物质的太赫兹“指纹”，而且与X射线检测设备不同，它基本不威胁人体健康。 　　研究人员表示，这一设备携带方便，可用于遥感探测机场丢弃的背包、行李中是否有爆炸物、非法药品或其他危险物质 在军事上，它可以用于搜寻炸弹藏匿处。 　　研究人员预测，几年以后，太赫兹科技将更广泛地应用于工业和防务相关领域。 　　这项研究成果11日发表在英国《自然光子学》杂志上。

太赫兹频段（0.1-10THz）是探测早期冷暗宇宙及宇宙生命环境等的独特波段。太赫兹天文学的兴起得益于高灵敏度超导探测技术的发展。近年来，类似于光学CCD的太赫兹大规模阵列超导探测器技术发展迅速，在宇宙学和天体物理学研究中发挥越来越重要的作用。这类探测器主要包括超导动态电感探测器（KID）和超导相变边缘探测器（TES）两种技术。其中，KID探测器具有器件结构和读出电路均相对简单的优势，更易于实现超大规模阵列。 　　近期，中国科学院紫金山天文台毫米波和亚毫米波技术实验室在超导KID探测器技术研究方面取得新进展，基于相对较厚（120nm）的超导铝膜，在同一芯片上制备了0.35/0.85/1.4THz三频段超导KID探测器，并在1皮瓦（pW）以上光辐射时均观测到光子涨落导致的背景噪声，在1飞瓦（fW）以下光辐射时观测到准粒子产生—复合噪声，探测灵敏度达6×10-18 W/Hz0.5，远优于地面太赫兹天文观测的背景极限。 　　该研究有助于推动对超导KID探测器噪声机理的深入理解及未来更大规模、更高灵敏度太赫兹天文相机研制。 　　相关研究成果发表在《中国科学（英文）》上。研究得到国家杰出青年基金项目、中科院关键技术研发团队项目支持。 　　论文链接

新华社柏林电 德国两家科研机构2010年5月28日报告说，它们合作开发出一种可探测宇宙射线的小型太赫兹激光仪，由于重量轻，该设备可以在科研用飞机上使用，从而方便科学家研究宇宙奥秘。 　　德国航空航天中心与保罗・ 德鲁德固体电子研究所在一份新闻公报中说，科学家常常借助先进的波谱学方法研究宇宙中的各种微粒，由此探寻恒星和行星演变的来龙去脉。这些微粒发射出的射线常常在0.3到10太赫兹的频率范围内，介于微波和红外线之间。科学家尤其对包含众多信息的4.7太赫兹左右的射线感兴趣，但这些射线会被地球大气层吸收，因此在地面无法测量到，需要将有关设备运到高空进行探测。 　　德国新研制的这种太赫兹激光仪输入功率只有240瓦，总重量仅15千克，设备核心部件是一个只有几毫米大小的量子级联激光器。

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)

近日，由中国科学院国家天文台等单位科研人员组成的中国脉冲星测时阵列研究团队，利用中国天眼FAST，探测到纳赫兹引力波存在的关键性证据，表明我国纳赫兹引力波研究与国际同步达到领先水平。相关研究成果于北京时间6月29日在我国天文学术期刊《天文与天体物理研究》在线发表。　　纳赫兹引力波是引力波的一种，是宇宙中一种极低频扰动，其频率为10的负9次方赫兹。纳赫兹引力波由于频率极低、周期长达数年，其波长可达数光年，对它的探测十分具有挑战性。　　中国科学院院士、中国科学院国家天文台台长常进指出，纳赫兹引力波主要是为人类打开了观测宇宙的一个重要“窗口”，肯定会有许多物理上的重大发现。用纳赫兹引力波，科研人员可以研究宇宙的超大质量天体，像黑洞、超大质量黑洞，星系的形成、演化、合并，还有宇宙早期的结构等。这些都是天体物理的重大科学问题。　　利用类似于我国的500米口径球面射电望远镜FAST这种大型射电望远镜对一批自转极其规律的毫秒脉冲星进行长期测时观测，是纳赫兹引力波目前已知的唯一探测手段。　　中国科学院国家天文台研究员、北京大学研究员李柯伽介绍，实际上真正的引力波探测器是那些脉冲星，科研人员用大型的望远镜就是去读这些脉冲星的信号，把这些脉冲星作为一个非常标准的“钟”在用，读这些“钟”的信号，来获取时间，来判断空间怎么样受到了引力波的影响。　　在此次研究工作中，中国脉冲星测时阵列研究团队利用FAST对银河系中的57颗毫秒脉冲星进行了长期系统性监测，将这些毫秒脉冲星组成了一个银河系尺度大小的探测器来搜寻纳赫兹引力波。该团队充分利用FAST灵敏度高、可监测脉冲星数量多、测量精度更高的优势，基于自主开发的软件，对FAST收集的时间跨度为3年5个月的数据进行了分析研究。在误报率小于五十万分之一的前提下，发现了纳赫兹引力波存在的证据。中国科学院院士、中国科学院国家天文台台长常进介绍，证据就是脉冲星到达的时间，由于纳赫兹引力波产生的时空涟漪，产生的这个晃动。脉冲星角度的一个变化，这是纳赫兹引力波存在的一个重要的依据。他们看到了这种变化。　　研究纳赫兹引力波对人类探索宇宙意义深远　　引力波是由加速运动的有质量物体扰动周围的时空而产生的时空涟漪，其信号极其微弱，却是探测宇宙中不发光物质的直接手段，探测引力波并且开辟引力波观测宇宙的新窗口是天文学家长期以来追求的目标，并且对人类探索宇宙意义深远。　　1916年，爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在。2016年，美国激光干涉引力波天文台宣布在百赫兹频段探测到恒星级质量双黑洞并合产生的引力波，并因此获得了2017年诺贝尔物理学奖。更大质量的天体产生的引力波频率更低。例如，宇宙中质量最大的天体，星系中心的超大质量双黑洞系统绕转产生的引力波主要集中在纳赫兹频段。在这个频段内，甚至还有宇宙早期原初引力波残存至今的部分和宇宙弦产生的引力波。　　几十年来，各国天文学家一直在为探测神秘的引力波而努力。发现纳赫兹引力波更是国际物理和天文领域竞赛的焦点之一。美国、欧洲、澳大利亚，利用各自的大型射电望远镜，已分别开展了长达20年的纳赫兹引力波搜寻。近年来，中国、印度、南非等国也逐渐开展纳赫兹引力波的探测研究。中国科学院于2016年6月部署了“多波段引力波宇宙研究”战略性先导科技专项，2019年9月，中国天眼FAST还处于调试阶段，中国脉冲星测时阵列研究团队就联合FAST调试工作组开始试观测，尽可能早地为探测纳赫兹引力波积累观测数据。　　中国科学院院士、中国科学院国家天文台台长常进说，他们将进一步围绕纳赫兹引力波，开辟纳赫兹引力波天文学这个新的科学方向，并继续保持我国在低频射电天文学方面的国际领先地位。

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.

如果没有搜查许可，一般难以打开封装的邮件进行检查，所以犯罪分子有时使用装在厚纸袋内的国际邮件来走私毒品和兴奋剂。日本研究人员日前开发出了一种太赫兹波检测仪，在不开封的情况下就能探测到邮件内的这类违禁品。 　　太赫兹波是一种波长介于红外线与微波之间的电磁波，能够穿透塑料制品、衣物和皮肤。 　　日本名古屋大学教授川濑晃道领导的研究小组发现，太赫兹波能够穿透国际邮件的封装纸，当它扫描到纸袋内的毒品和兴奋剂时，只有特定波长的太赫兹波被吸收。如果这种波遇到的是普通药物和食品，由于后者含有的成分更多，因此会有波长范围更广的太赫兹波被吸收。依据上述特征，检测人员就能发现毒品和兴奋剂的&ldquo 身影&rdquo 。 　　名古屋大学的研究小组通过提高太赫兹波的强度，制作出一种灵敏度很高的检测仪。其样机约为50厘米见方，能够将装在邮件厚纸袋内的20种毒品和兴奋剂与普通药物、食品区分开。除了违禁药物外，该检测仪还能探测出炸药，因而有望用于反恐。 　　这种检测仪的样机造价约为3000万日元(1日元约合0.06元人民币)，研究小组准备将其成本降至目前的十分之一左右，在2至3年后达到实用化水平。

太赫兹(Terahertz)波在电磁波谱中占有一个很特殊的位置，并具有一系列特殊性质和重要的学术应用价值。在2005年12月举行的以“太赫兹科学技术的新发展”为主题的第270次香山科学会议上，与会专家就发展我国太赫兹科学技术进行了交流和研讨。 　　“空白”渐成热点 　　太赫兹波是指频率在0.1～10THz(波长为3000～30微米)范围内的电磁波。它在长波段与毫米波、亚毫米波相重合，而在短波段与红外线相重合，在电磁波谱中占有一个很特殊的位置。太赫兹这一位置正好处于科学技术发展相对较好的微波毫米波与红外线光学之间，但由于太赫兹波源问题一直未能得到很好的解决，因此形成了一个在研究上相对落后的“空白”。太赫兹在长波方向主要依靠电子学技术，而在短波方向则主要依靠光子学技术，在电子学与光子学之间的这一“空白”蕴含着深刻的物理含义。 　　经过近十几年的研究，国际科技界认为，由于太赫兹的频率很高，所以其空间分辨率也很高 又由于脉冲很短(飞秒)，具有了很高的时间分辨率，太赫兹成像技术及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，太赫兹的能量很小，不会对物质产生破坏作用，所以与X射线相比更具优势。 　　国际上对太赫兹辐射已经达成了如下共识，即太赫兹是一种新的、有很多独特优点的辐射源 太赫兹技术是一个非常重要的交叉前沿领域，给技术创新、国民经济发展和国家安全提供了一个非常诱人的机遇。 　　目前，包括长青藤大学在内的数十所美国大学都在从事太赫兹研究，美国国家基金会、国家航天局等都对太赫兹研究给予了大规模的投入 英国、德国、俄罗斯的多所大学也都设立了专门进行太赫兹研究的项目。在亚洲，韩国、新加坡等也都积极开展了这方面的研究工作。目前已经在全世界范围内形成了一个太赫兹技术的研究高潮。 　　诱人的机遇 　　会议执行主席、电子科技大学刘盛纲院士介绍说，太赫兹的独特性质使它具有非常重要的多方面应用。 　　在科学研究方面，太赫兹成像和太赫兹波谱学在物理学、化学、生物医学、天文学、材料学和环境科学方面有着极其重要的应用。太赫兹波除了可以成像外，还可作为一种特殊的探针用来对物质内部进行深入研究，利用太赫兹辐射还可以探测出高温、高密度等离子体中密度的分布空间。 　　太赫兹在生物医学应用上被一致看好，如皮肤癌的诊断和治疗、药物的分析和检测、大分子生物学研究的发展等。由于生物大分子的振动和转动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。 　　太赫兹辐射可以穿透烟雾这一特点，还可用于检测有毒、有害分子，在环境监测和保护方面有着重要的作用。利用太赫兹的穿透特性，美国已经开始用太赫兹技术检查邮件和识别毒品，并用于对航天飞机的无损探伤。 　　太赫兹在雷达和通信方面，特别是在太空通信方面的巨大优势是没有疑问的。太赫兹卫星太空成像和通信技术将成为一个重要的研究领域。而且太赫兹技术是新一代IT产业的基础。在日本，以太赫兹技术为基础的新一代IT产业已开始逐步形成。 　　突破关键技术“瓶颈” 　　刘盛纲说，在太赫兹技术及应用中，辐射源和检测技术是两个主要问题。大功率太赫兹辐射源研究是太赫兹技术发展的重要环节，在研究中既要重视半导体太赫兹源和基于光子学的太赫兹源，又要重视真空电子学在太赫兹领域可能有的重要贡献。太赫兹探测技术是研究的另外一个重要环节，既要重视发展温室的太赫兹检测技术，也要重视灵敏度高的、低温检测系统。此外，太赫兹功能部件如传输线等的研究也很重要。 　　与会专家建议，加强太赫兹在国防及国家安全方面的应用研究，如太赫兹穿透物质成像技术可用于太赫兹雷达、精确制导等 尽快建立实用的、可调谐的、高功率的太赫兹研究平台，这将有助于推动我国太赫兹技术的研究与应用。通过国家投入、鼓励企业参与、加强国内外交流等，力争用两个五年计划的时间，即到2015年，使我国在太赫兹源、太赫兹检测、成像及波谱技术等关键领域都有所突破，在理论和实验研究方面与国际同行站在同一个起跑线上，并取得一批拥有自主知识产权的实用技术和产品。

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。

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 style=" text-indent: 2em text-align: justify " 太赫兹波又称远红外波，曾被评为“改变未来世界的十大技术”之一，它是电磁波段中最后一段未被人类充分认识和应用波段。由于频率高、脉冲短、穿透性强，且能量很小，对物质与人体的破坏较小，所以与X射线相比，太赫兹成像技术和波谱技术更具优势，在空间探测、医学成像、安全检查、宽带通信等方面具有广阔的前景。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 7月7日，太赫兹技术（大同）研究院、大同东华科技有限公司在山西省大同市正式揭牌成立，为大同转型发展蓄势赋能。山西省委常委、大同市委书记张吉福，大同市市长武宏文，山西省投资促进局党组书记、局长杨春权及两大平台相关负责人进行揭牌。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 537px height: 356px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/03fdaf1d-fe27-44c3-be23-ef3886ecd362.jpg" title=" 88ca67ee0af44026a65ab96cdb949524.jpg" alt=" 88ca67ee0af44026a65ab96cdb949524.jpg" width=" 537" height=" 356" / /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 据了解，太赫兹技术（大同）研究院是大同聚力建设12大科技创新平台的重要平台之一，主要由毫米波与太赫兹技术北京市重点实验室和毫米波太赫兹产业发展联盟组建；大同东华科技有限公司的总部东华软件股份公司成立于2001年1月，以应用软件开发、计算机信息系统集成、信息技术服务等为主要业务，拥有千余项自主知识产权的软件产品。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 武宏文表示，大同将致力把太赫兹技术（大同）研究院打造成一流的国家级研究院。同时，大同将与大同东华科技有限公司在高端制造、信息技术应用、大数据等领域进行深度合作，加强技术研发、加快成果转化、加速产业孵化，着力打造大同成功转型的“四梁八柱”。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 据悉，大同近年来启动建设了大同市国际能源革命科技创新园，引进了12大科技创新平台，集聚了28名两院院士、77名高科技领军人才，转化落地了太赫兹技术测温安检门、煤矿废弃巷道压缩空气储能等一大批高科技转型项目，推动大同发展步入创新驱动快车道。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 揭牌仪式上，杨春权表示，全省投资促进系统将以项目招商、落地为核心，坚持“项目为王”理念，精准招商，为大同项目落地投产见效提供全方位“保姆式”服务。 /p

p 　　太赫兹波在电磁频谱中介于毫米波和红外之间，在材料科学、信息传输、环境监测、生命健康等诸多领域有广阔的应用前景。例如，利用太赫兹波可穿透非金属和非极性材料(如纺织品、纸板、塑料和木料等)而不产生电离损伤的特点，太赫兹成像技术在无损检测、人体安检和生物医学等领域具有重要应用价值。由于处在基于宏观经典理论电子学与基于微观量子理论的光子学之间的过渡区，太赫兹光源和探测器等核心关键器件的效率低下或需在低温下工作，太赫兹科学技术的发展受到了核心器件缺乏的严重制约。 /p p 　　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秦华课题组在“十一五”末成功开发了基于氮化镓高浓度二维电子气的室温、高速、高灵敏度太赫兹探测器。“十二五”期间，课题组围绕探测器的优化、可制造工艺和模块化集成等关键技术，初步形成了材料-器件-工艺-电路-集成的技术能力，成功开发了室温工作的高灵敏度单像元探测器模块和太赫兹焦平面成像器件，为进一步发展面向太赫兹成像和通信等应用的核心器件研制提供了关键技术支撑。目前课题组已经成功研制出单像元、线阵列和焦平面太赫兹成像模组。 /p p 　　图1所示的是针对220 GHz、340 GHz、650 GHz和850 GHz等大气吸收窗口研制的单像元太赫兹探测器模块。模块的电压响应度大于1 MV/W，等效噪声功率小于50 pW/Hz1/2，响应时间小于1& amp #956 s，其综合指标优于热释电和高莱等商业化太赫兹探测器。单像元模块的高速和高灵敏度性能已在中国电子科技集团公司第五十研究所的快速太赫兹成像仪和成都电子科技大学的太赫兹通信演示系统中得到试验验证。 /p p 　　图2所示的是规模为32× 32的焦平面和1× 64的线阵列太赫兹成像芯片，属于我国首次实现的基于场效应混频探测技术的太赫兹成像器件。其中，面阵列成像芯片由基于氮化镓的阵列探测器和基于CMOS的阵列读出电路通过倒装焊技术互连而成，线阵列成像芯片可由基于氮化镓的线阵列探测器和CMOS线阵列读出电路直接互连而成。 /p p 　　图3(a)所示为0.9 THz太赫兹光斑和0.34 THz牛顿干涉环的视频成像截图。图3(b)所示为1× 64线阵列成像器件探测得到340 GHz的一维太赫兹光斑图像。图5为对旋转塑料叶片进行实时成像的视频，帧频达到29Hz。基于目前已掌握的核心器件设计与工艺技术，可进一步扩大像素规模，近日已试制成功规模为128× 128的探测器阵列。 /p p 　　研制工作得到了苏州纳米所纳米加工平台、测试分析平台和相关合作团队的大力支持。在太赫兹焦平面成像芯片的研制中，中国电子科技集团公司第四十四所罗木昌博士领衔的合作团队研制开发了基于CMOS的阵列读出电路和成像信号处理系统，并承担了芯片互连和封装工艺的技术开发工作。 /p p 　　场效应混频探测器的研究工作得到了国家重点基础研究发展“973”计划、中科院“百人计划”、中科院重要方向性项目和国家自然科学基金等项目的支持。　 /p p style=" text-align: center " img width=" 450" height=" 450" title=" 01.jpg" style=" width: 450px height: 450px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/noimg/45779c52-57c8-4ebc-9fa4-fc5eb69a2afd.jpg" border=" 0" vspace=" 0" hspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 图1. 单像元太赫兹探测器模组及其扫描成像。 /p p style=" text-align: center " img title=" 02.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/insimg/3511e5b9-ef9e-4126-a5b3-87656719a3c4.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图2. 32× 32焦平面和1× 64线阵列太赫兹成像芯片。 /p p style=" text-align: center " img width=" 450" height=" 469" title=" 03.jpg" style=" width: 450px height: 469px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/noimg/212d7e26-5fa3-4b58-b624-c77457012250.jpg" border=" 0" vspace=" 0" hspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 图3. 焦平面和线阵列太赫兹成像。 br/ /p

在满足目前各种应用需求的前提下，光谱分析仪器和方法也在不断的创新发展中，不论是分子光谱还是原子光谱都涌现了一系列创新的成果，特别是拉曼光谱、近红外光谱、激光诱导击穿光谱、太赫兹、超快光谱、荧光相关光谱、高光谱等相关技术彰显了极具诱惑的市场活力，引领着行业发展的方向。第十二届光谱网络会议（iCS 2023）中，近50位专家报告充分彰显了光谱创新潜力，纷纷展示了一系列的创新成果：从仪器整机到关键部件；从系统集成到方法开发；从大型科研仪器，到用于现场的便携、手持设备；从实验室检测设备，到过程分析技术……为了更好的展示这些创新成果，同时也进一步加深专家、用户、厂商之间的合作交流，会议主办方特别策划《光谱创新成果“闪耀”iCS2023》网络专题成果展，集中展示本次光谱会凸显的创新成果，包括但不限于仪器、部件、技术、方法、应用等。天津大学何明霞教授本次会议中，天津大学何明霞教授分享了《太赫兹科学技术应用近年新进展》（点击回看》》》）引发行业关注。会后，我们也再次邀请何明霞教授分享其团队在太赫兹技术及应用拓展方面的系列研究成果。1、成果简介基于太赫兹时域光谱技术的多层非极性复合材料检测系统太赫兹电磁波介于微波与红外之间（0.1THz -10 THz ），处于电子学与光子学的交叉领域，被誉为人类认识世界的“第三只眼睛”、“改变世界的十大科技”。太赫兹具有光子能量低、穿透性强、指纹谱特征、高信噪比、高分辨率、宽频带、瞬态性等独特优势，近年来在工业无损检测领域发展迅速。太赫兹时域光谱技术（THz-TDS）是一种新型的脉冲全息光谱技术，可获取物质的折射率、吸收系数、介电系数等多个物理参数信息。相比于红外光谱、拉曼光谱，太赫兹光谱覆盖了生物大分子、有机分子等物质独特的特征谱信息；相比于X射线，太赫兹辐射能量低，对人体安全；相比于超声检测、涡流检测，太赫兹检测为非接触式、穿透性更强，可表征多涂层的信息。利用新型的太赫兹技术进行物质光谱检测分析、无损扫描成像及超薄样品测厚应用，弥补传统检测手段不足之处，完成更高精度、更快速安全的检测。本团队基于高信噪比、高灵敏度、安全、快速的太赫兹时域光谱技术，开展在非极性电介质材料缺陷探测成像及微米级多涂层测厚领域相关研究。迭代开发智能化工业机器人手臂及协作控制系统，实现对非极性材料内部缺陷三维层析无损扫描成像，对多层的微米级别超薄涂层厚度可进行每单层的精准测量表征。系统覆盖太赫兹波谱宽度为0.1THz -3THz，太赫兹光纤长度10m，工作重复频率10Hz；无损扫描成像层数可达3层，平面扫描范围180×180mm，空间机械臂延伸测量半径为1.3m，最快扫描速度500mm/s；涂层测厚层数可达3层，最小测厚值可达10μm，绝对精度2μm；且满足空间、异形曲面移动多点位精准快速无损检测需求,具有全自动处理、高精度测量、多层厚度实时计算等优势，为超薄涂层类复合材料提供更加精准、高效和可靠的测量方式，适用于汽车工业、航空航天、锂电池电极、非金属管道、泡沫塑料等多领域无损检测场景。2、产业化探索智能化机器人手臂空间异形曲面无损检测系统在未来是考虑多个领域产业化的，拥有在材料检测、无损探伤、医疗检查，以及文物资料研究等多个领域发展的潜质。太赫兹时域光谱技术本身是一个多领域快速发展的检测技术，其测量方式依赖于平面扫描或者曲面扫描载荷技术，配合样本的空间建模，以完成自动化样本数据有序测量。具体到应用领域，需要根据样品的尺寸、规格以及空间特征，设计低成本、易便携、方便取样的测量装置。比如可以对皮肤表面进行快速扫描成像、对曲面的陶瓷文物信息鉴定等，这些有待合作单位的具体要求。3、课题组未来研究计划太赫兹波在电磁波谱中处于电子学向光子学的过渡区，也是宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，其具有光子能量低、穿透性强、指纹谱特征等独特优势。太赫兹时域光谱技术利用飞秒脉冲产生并探测时间分辨的THz电场，通过傅立叶变换获得被测物品的光谱信息，检测过程快速、安全、精度高，且光谱具有物质特征峰，在物质鉴别分析、工业无损检测、产线在线质量监测、安检扫描成像等领域应用潜力巨大，弥补传统检测手段的缺陷不足。本研究团队重点主攻方向为太赫兹工业无损检测方向，分析、利用太赫兹时域光谱，建设标准太赫兹光谱数据库，实现物质太赫兹光谱检测分析、微米级多涂层太赫兹精准测厚及材料内部无损探测成像等多方面太赫兹无损检测研究。4、合作需求关于非极性材料无损扫描探测成像、物质太赫兹光谱检测分析及超薄涂层测厚方面，涉及生物医药、锂电池电极、半导体、复合材料、文物艺术品等领域检测需求可探索合作研究。联系方式：曲秋红 15122743715（手机、微信）附专家及课题组简介何明霞，博士，天津大学精密仪器与光电子工程学院电子物理学与仪器科学与技术专业教授、博导，首届“中国生物物理学会太赫兹生物物理分会”副会长兼秘书长、“毫米波太赫兹产业联盟”太赫兹光谱与检测工作组组长、中国仪器仪表学会图像科学与工程分会秘书长、中国光学学会光电技术专业委员会委员，是“天津大学太赫兹光子学”组建者之一和核心骨干。主要研究方向∶太赫兹光谱技术与成像应用和太赫兹生物效应研究。致力于太赫兹时域光谱技术实用化、多种非极性材料的太赫兹光谱成像无损检测及太赫兹生物医学基础研究，是国内最早将太赫兹光谱技术用于癌症组织、生物组织的研究者。太赫兹光谱技术与成像应用团队以高信噪比、高灵敏度、宽带、安全、快速的太赫兹时域光谱技术为核心，结合汽车工业、航空航天、管道塑材、生物医药、食品安全等领域实际应用需求，开展物质太赫兹光谱检测分析、太赫兹标准光谱数据库建设、非极性材料无损扫描成像、微米级多涂层系统精准测厚、太赫兹辐射成分鉴定以及实用化技术应用产品开发等研发工作。搭建太赫兹光谱与成像系统应用平台，完成三维层析太赫兹光谱快速扫描成像测厚设备及智能化工业机器人手臂空间异形曲面无损检测系统的开发，适用于各类涂层的微米级厚度测量和材料内部缺陷的无损检测，如汽车车身涂层、锂电池隔膜、锂电池电极、泡沫塑材、非金属管道、生物组织样品等，相关研究成果及产品拥有自主知识产权20余项。团队研发并已投入市场应用的全国产化高灵敏度太赫兹相机，适用于现有多种主流太赫兹源辐射探测，对非极性物质材料成像清晰，可在安检成像领域推广使用。针对太赫兹光谱检测市场需求，正进行应用标准化和实用数据库的工作，建立多类物质的开源太赫兹标准数据库，实现物质太赫兹光谱的定性与定量分析检测。

2007年11月19日，由中国科学院、深圳市政府和国家自然科学基金委员会共同主办，深圳大学、中科院深圳院士活动基地等单位联合承办的2007深圳先进科学与技术国际会议在深圳大学召开。这次会议主题为“太赫兹科学与技术”，是我国首次在该领域召开的最高水平的国际学术会议。 　　刘盛纲、倪嘉缵、雷啸霖、牛憨笨、姚建铨、吴培亨、范滇元、陈创天8名院士应邀出席会议。他们将与来自美、日、德、英、俄等国的著名专家学者，共同就“太赫兹科学与技术”的重大应用问题和发展方向进行讨论。 　　深圳大学原校长谢维信教授告诉记者，太赫兹(Terahertz，THz)技术是当今科学技术的前沿研究领域，受到世界发达国家的高度重视。“目前世界各国对太赫兹技术的研究主要集中在THz源、THz发射器和接收器以及THz系统的构建方面。”日前，由他执笔的论文《THz信号处理与分析的研究现状和发展展望》已在《电子学报》期刊(2007年10月)刊发。该论文对THz信号的特点、THz信号的产生技术、THz信号的探测技术、THz时域光谱(THz-TDS)技术、THz信号的处理技术以及THz信号应用技术等当前的研究现状进行了综述，并对未来可能的发展作了展望。 　　国务院信息化委员会专家委员会主席曲维枝、中国科学院副秘书长谭铁牛、中国科学院院士工作局副局长刘峰松、深圳市常务副市长刘应力、深圳大学校长章必功等出席了会议。

2021年1月5-6日，新年伊始，由中国仪器仪表学会光学仪器分会、中国光学学会工程光学专委会、上海理工大学及仪器信息网联合举办的首届“太赫兹前沿进展国际交流论坛2021”网络会议圆满落幕！本次会议汇集了5个国家、24位太赫兹科学专家，带来了17个高质量报告，共吸引了近900位来自太赫兹研发、应用领域的相关工作者报名参会。会议以网络交流的形式面向国内外太赫兹领域的科研技术专业人士，跨越时空、为大家提供实时便捷、深入交流平台，促进了太赫兹科学领域的发展。报告专家太赫兹(THz)波段对应电磁波谱中0.1THz-10THz的电磁波（波长范围0.03~3.00mm），处于宏观电子光学与微观光子学的过渡区域， 属于微波与红外之间的远红外波段，也是电磁波谱中唯一有待全面开发的频谱资源。因其低能量、高穿透性、带宽大等特性，太赫兹技术在通讯、遥感、计量、环境监测、材料科学、安全反恐、生物医学与医学诊断、药品检测等领域蕴藏巨大的应用前景。在线直播页面会议围绕太赫兹光谱核心器件研发与应用进展，拟分设太赫兹辐射源、太赫兹探测与调控器件、太赫兹的生物医学应用三个主题专场，邀请国内外太赫兹领域的科研工作者、相关领域厂商研发及应用专家，聚焦太赫兹光谱研发、应用及技术转化的最新前沿进展。值得一提的是，会议得到了中国工程院院士、上海理工大学庄松林教授的大力支持，并为大会致辞。会议日程（点击报告题目即可查看回放）主题报告题目报告人单位/职称1月5日太赫兹辐射源 主持人：彭滟 教授吴侃 教授领导致辞庄松林上海理工大学中国工程院院士High-power portable THz laser systemsQing HuMassachusetts Institute of TechnologyProfessor太赫兹诱导克尔效应揭示液态水分子间超快氢键运动的研究张亮亮首都师范大学研究员自旋太赫兹源：性能、调控及其应用冯正中国工程物理研究院电子工程研究所副研究员高功率光电导太赫兹辐射源的研究进展侯磊西安理工大学教授Terahertz generation from liquidsYiwen EUniversity of RochesterResearch AssociateCompact ultrafast Terawatt class lasers for high energy ultrashort THz generationOlivier ZABIOLLEAmplitude 科研激光器销售总监主题报告题目报告人单位/职称1月5日 太赫兹探测与调控器件 主持人：王伟波 副教授姚凯男 副研究员 磁光微结构电磁调控机理与非互易单向传输器件常胜江南开大学教授太赫兹波传输/调控技术和功能器件的研究文岐业电子科技大学教授柔性波导在中红外及太赫兹波段的传输特性石艺尉复旦大学教授基于缀饰里德堡原子的微波超外差接收机张临杰山西大学 激光光谱研究所教授High Tc Superconducting Josephson mixers for THz receivers张挺悉尼科技大学讲师基于太赫兹超构表面的偏振、相位调控与成像臧小飞上海理工大学教授主题报告题目报告人单位/职称1月6日太赫兹在生物医学领域的应用 主持人：闫明 研究员金钻明 副教授Image contrast in terahertz apertureless near-field measurements: electrostatic and electrodynamic effectsDaniel Mittleman美国布朗大学终身教授Prospects of terahertz technology in diagnosis of glioma molecular markersOlga P.CherkasovaNovosibirsk State Technical UniversityProfessor太赫兹半导体激光光频梳及其应用黎华中科院上海微系统与信息技术研究所研究员生物分子的太赫兹光谱学研究赵红卫中国科学院上海高等研究院副研究员生物医学检测中太赫兹光谱技术信噪比的提升吴旭上海理工大学讲师 此次合作，是中国仪器仪表学会光学仪器分会、中国光学学会工程光学专委会、上海理工大学与仪器信息网合作的开始，后续双方还会进行更加深入的合作，为广大科研工作者奉上更多精彩的内容，也为我国仪器仪表行业，特别是光学仪器领域的发展作出贡献。

太赫兹波是指频率在0.1～10THz之间的电磁波，在电磁波谱上位于微波和红外线之间。是电磁波谱中唯一没有获得较全面研究并很好加以利用的最后一个波谱区间，是人类目前尚未完全开发的电磁波谱“空白”区。由于太赫兹波所处的特殊电磁波谱的位置，它有很多优越的特性，在材料分子的特殊光谱信息分析、材料与结构的无损探伤及三维层析、违禁物品反恐检查、生物组织的活体检查、高精度保密雷达、卫星间宽带通信等方面的研究，在天体物理学、等离子体物理学、光谱学、材料学、生物学、医学成像、环境科学、信息科学等领域有着广阔的应用前景。 　　太赫兹波有非常重要的学术和应用价值(有的已处于实用)，使得全世界各国都给予极大的关注，美国、欧州和日本尤为重视。我国近年来对于太赫兹技术的研究也日益关注。在近日陆续公布的“2011年国家重大科学仪器开发专项”与“2011年国家重大科研仪器研制专项”中，其中由中科院紫金山天文台史生才研究员作为负责人主持申报的国家重大科研仪器设备研制专项——“太赫兹超导阵列成像系统”项目成功获批立项，资助总经费6000万元，研究期限5年。此外中国工程物理研究院申报的国家重大科学仪器开发专项——“相干强太赫兹源科学仪器设备开发项目”也成功获批立项。 　　仪器信息网编辑整理了目前国内从事太赫兹技术研究的实验室和研究中心，供读者对我国太赫兹技术的研究情况做一基本了解。 　　太赫兹光电子学省部共建教育部重点实验室 　　首都师范大学物理系太赫兹实验室于2001年正式成立。2006年正式批准为北京市“太赫兹波谱与成像”重点实验室。2007年获批太赫兹光电子学省部共建教育部重点实验室。该实验室是目前国内最好的太赫兹研究基地之一。2009年起始，太赫兹实验室正式获批中关村开放实验室，依托实验室现有条件和中关村地区科技资源的优势和作用，深化产学研之间的合作，正式为中关村2万多家注册企业提供相应的技术服务，联合进行关键技术攻关。 　　目前，实验室具有科研用房1500平方米，其中千级超净实验室2间，面积170平方米。科研仪器设备总值超过千万元。在过去的三年中，实验室共承担包括国家973计划、国家863、国家自然科学基金重大项目等各类项目23项，总科研经费1328余万元。 　　本实验室主要研究方向：1.太赫兹波谱研究 2.太赫兹成像研究 3.太赫兹与红外无损检测研究 4.太赫兹与物质相互作用。 　　山东科技大学太赫兹技术研究中心 　　山东科技大学太赫兹技术研究中心成立于2003年，由我国著名太赫兹专家刘盛纲院士担任中心主任，是山东省唯一的太赫兹科学与技术研究机构。 　　目前实验室拥有太赫兹源研究室、太赫兹时域光谱技术应用研究室和太赫兹器件开发研究室共三个研究室，实验室面积约500平方米，设备价值约300万元。拥有60m2的千级超净实验室，奥地利产半导体泵浦飞秒激光器，德国产808nm、30W半导体激光器，相干公司激光光束质量分析仪，Gentec公司激光功率计，泰克公司200MHz示波器，光学平台等研究设备，锁相放大器， Golay探测器，精密电移台等专用研究设备。 　　主要研究方向包括：基于光子学太赫兹辐射源的研究、太赫兹应用技术研究、太赫兹器件的研究。 　　超快光电子与太赫兹技术实验室 　　超快光电子与太赫兹技术实验室是一个集合光学，半导体物理学，微电子学，生物学等多学科交叉的实验室。主要涉及微电子制造、半导体工艺、生物医学检测、太阳能光伏、红外传感、超高频电磁波应用等领域。实验室依托于上海理工大学。主要研究人员有庄松林院士、朱亦鸣、许健等。 　　实验室目前已有1000级超净室180平方米，美国相干公司飞秒激光器一台，时域太赫兹波谱测试系统一套，AFM原子力显微镜一台， SEM扫描电子显微镜一台，半导体参量测试仪一台，积分球光谱测试系统一套，磁共溅射/离子束溅射镀膜机一台等大型设备。 　　实验室主要研究方向：1.应用全新的超快光学方法-时域太赫兹波谱法，进行半导体材料和器件内超快电子的检测 同时设计开发新型的半导体超快电子器件。2.利用太赫兹波对物质进行研究 如通过太赫兹波和生物分子的作用，来鉴别区分不同类型的中草药，毒品等 通过太赫兹波和液晶材料、半导体材料的相互作用，来研究材料本身的一些物理特性。3.超高频电磁通信和传输及其器件的开发。4.微纳结构硅基光伏材料(黑硅)的制备、检测 基于黑硅的光伏电池的优化组装 5.微纳结构金属材料的制备、检测 基于此类微纳结构金属材料的应用 6.表面等离子波导中电磁场微小频率变化的探测7.表面等离子波导中电磁场的古斯汉欣位移增强效应的研究。 　　中国计量学院太赫兹技术与应用研究所 　　中国计量学院太赫兹技术与应用研究所成立于2006年7月，属于校级研究所，研究所所长：为洪治博士。研究所获得了浙江省“重中之重”学科“仪器科学与技术”的资助。 　　现有实验室面积1000余平方米。拥有基于BWO(返波振荡器)的连续THz实验平台 锁模钛宝石激光器及相关测试设备 太赫兹波TDS系统等实验设备。 　　主要研究方向1.太赫兹波器件、传输与系统 2.太赫兹波成像、传感技术及应用 3.太赫兹波与生物分子相互作用机理及应用 4.太赫兹波谱材料特性测试及应用。 　　中科院太赫兹固态技术重点实验室 　　2011年3月28日，中科院太赫兹固态技术重点实验室揭牌仪式举行，该重点实验室的成立，加强了中科院太赫兹研究基地建设。实验室依托于中国科学院上海微系统与信息技术研究所。曹俊诚研究员担任实验室主任，田彤研究员担任实验室副主任，封松林研究员担任实验室学术委员会主任。 　　实验室主要围绕半导体固态太赫兹源、探测器及其在通信与成像等领域的应用，开展基于光子学和电子学的固态太赫兹器件物理与工艺、太赫兹器件与模块、太赫兹检测与成像以及太赫兹信息传输与通信等方面的基础和应用研究工作。 　　中物院太赫兹科学技术研究中心 　　2011年12月12日，中物院太赫兹科学技术研究中心正式成立，中心主任由电子工程研究所所长姚军代理。 　　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。 　　此外目前国内高校中电子科技大学，天津大学，南京大学，中山大学，国防科大，上海交通大学，西安理工大学，深圳大学，南开大学，清华大学 北京航空航天大学 北京理工大学等都有太赫兹研究计划。 　　研究所方面：中国科学院物理所，紫金山天文台，西安光机所，中科院上海应用物理所，半导体所也有研究项目。

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。

我国首台太赫兹安检仪在5月8日举办的第九届中国国际国防电子展览会上发布，打破了此种太赫兹人体安检仪此前只有美国完全掌握核心技术并垄断市场的局面。 　　该安检仪全名为&ldquo 博微太赫兹人体安检仪&rdquo ，由中国电子科技集团公司研制完成。 　　据介绍，传统的安检仪一般采用X射线主动发射探测，而太赫兹安检仪则是被动接收人体自身发出的电磁波，设备本身不存在任何电离或电磁辐射，对被检测人员来说绝对安全。传统的安检仪主要用于金属物质探测，而太赫兹安检仪不仅可以探测金属物质，还可以探测人身上携带的非金属物质。相对于传统安检方式，太赫兹安检仪无需接触式检查。 　　通常在机场等公共场所完成一次安全检查需要通过一次安全门扫描，随后用金属探测器对全身进行探查，而太赫兹安检系统只要扫描1秒就能实现整个人体安检。该设备每小时检测通过率约为500 人，可以不间断工作，其效率是目前人工安检的5倍以上。

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

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。

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。

流体包裹体是研究矿物演化的重要手段之一。最近，中国石油大学(北京)油气光学探测技术北京市重点实验室的宝日玛副教授利用太赫兹时域光谱技术对石盐体系进行了检测，根据石盐矿物的太赫兹波吸收系数随温度的变化关系，总结出石盐矿物的早成岩期、晚成岩期和近似变质阶段的成岩演化过程，实现了地质成岩成矿的太赫兹光谱表征与评价(如图1所示)。相关成果以“地质成岩成矿演化过程的太赫兹光谱研究”为题发表在近期出版的2015年第8期《中国科学: 物理学 力学 天文学》。　　研究表明，盐?水体系中的流体包裹体包含了在自然界中保留的主要流体包裹体类型，能够提供古流体组成的物理化学信息。温度是成岩环境的重要因素之一，通过测试包裹体在成岩过程中的温度影响，能够为矿物演化评价提供详细的信息。　　该项研究基于太赫兹光谱能够灵敏反映化合物结构与环境的指纹特性以及快速无损检测的特征，首次应用太赫兹时域光谱技术研究了不同温度生长的石盐晶体的光学性质，得到了石盐晶体的太赫兹吸收谱，建立了石盐矿物在温度环境下的演化模型，总结出石盐矿物的成岩过程，并通过理论模拟进一步验证了演化模型的正确性。　　这一研究结果表明太赫兹技术可以成为地质成岩成矿演化过程评价的新方法，有望为环境演化、岩盐矿产成矿规律研究和含盐盆地地质成岩成矿演化过程的评价提供新的参考信息。

Transparency Market Research最近的一份市场研究报告显示, 2014年，全球太赫兹组件和系统的市场规模为5600万美元，预计2023年该市场将达4.15亿美元，2015年-2023年之间复合年增长率为25.9%。　　太赫兹技术在各种工业过程控制监控和质量控制过程中的应用等将刺激全球市场需求的增长。此外, 太赫兹设备在研究实验室中应用的增加也是推动这一市场增长的主要因素。太赫兹技术的进步和太赫兹组件在非破坏性测试和医学成像方面日益增长的使用等都将有望推动该市场的增长。　　从组件方面来说，该市场可以划分为太赫兹源、太赫兹探测器等。截至2014年,太赫兹源占据最大的市场份额。不同应用领域中对高性能太赫兹源不断增长的需求正在推动这部分市场的增长 在系统方面,该市场可以划分为太赫兹光谱、太赫兹雷达和太赫兹遥感。此外,基于光谱学的系统还可以进一步被划分为时域光谱、频域光谱和成像扫描。截至2014年,光谱学系统占据最大的市场份额 在应用方面,该市场可以划分为工业过程控制、研究实验室应用、医学成像、非破坏性测试等。截至2014年,非破坏性测试是最具吸引力的部分,其次是在研究实验室的应用。2014年，非破坏性测试和研究实验室中的应用一起贡献了超过60%的市场份额 从地理位置上来说，截至2014年,北美市场占最大的份额。太赫兹技术在生物学和医学科学中应用的增加是推动市场增长的一个因素。此外,过程改进中对材料的检查和测试是太赫兹技术在欧洲和亚太地区的主要应用领域。　　这个市场的一些主要厂商有Advantest Corporation (日本),Digital Barriers PLC (英国),Applied Research & Photonics(美国),EMCORE(美国),Teraview(英国),Bruker(美国),M Squared Lasers (英国),NEC(日本),Menlo Systems GmbH (德国),Techcomp Group (香港),Bridge12 Technologies(美国)和Microtech Instruments (美国)等。

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。

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。