PDF《科技前沿》

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1 科技前沿 2019年5月24日 星期五 责任编辑/宋元刚 拥有独特性能 太赫兹波技术之所以引起科学界 的广泛关注,是由于太赫兹波频率要 高于微波,低于红外线;

能量大小则 在电子和光子之间,与其他频率的电 磁波相比,其性能非常独特.

高穿透性.太赫兹波对许多介电 材料和非极性物质具有良好的穿透性,可对不透明物体进行透视成像,是X射线成像和超声波成像的有效补 充. 低能量性.太赫兹波光子能量仅 为X射线光子能量的 1%左右,太赫兹 波的辐射不会导致光致电离而破坏被 检质,非常适用于针对人体或其他生 物样品的检查. 吸水性.水对太赫兹波辐射有极 强的吸收性,这使得太赫兹波不易穿 透含水物体. 瞬态性.太赫兹波脉冲的典型脉 宽在皮秒数量级,通过取样测量技术,能够有效抑制背景辐射噪声的干 扰. 相干性.太赫兹波的相干性源于 其相干产生机制,能够直接测量电场 的振幅和相位,从而方便提取样品的 折射率、吸收系数、消光系数、介电 常数等参数. 光谱分辨特性.许多有机分子的 振动和旋转频率都在太赫兹波频段,通过特有的光谱特征,可识别分子结 构并分析物质成分,具有指纹般的唯 一性,就像利用指纹可识别不同的人 一样.因此,太赫兹波光谱成像技术 不仅能分辨物体的形貌,还能识别物 体的组成成分. 太赫兹波的这些独特性能,将给 通信、雷达、电子对抗、电磁武器、反恐维稳等领域带来深远影响. 技术突飞猛进 随着对太赫兹波价值认知的不断 深入,各国纷纷加快了对这一波段的 探索.从20 世纪90 年代中期开始,美国国家基金会、航天局、国防部和 国家卫生学会等政府部门或组织,对 太赫兹波研究项目持续提供较大规模 的资金支持,太赫兹波技术被评为 改变未来世界的十大技术 之一.欧洲国家除了各国自己所支持的研究 项目外,还利用欧盟的资金共同组织 了大型的跨国界、多学科合作研究项 目.我国也专门制定了太赫兹波发展 规划,加大研究力度,目前在应用领 域已经有了大的突破. 近年来,太赫兹波应用范围已从 基础科学逐渐向武器装备、航空航天、雷达探测、通信、反恐缉毒等方 面扩展. 建立目标数据库.世界各国广泛 开展各类目标在太赫兹波频段散射特 性的研究,建立相关的目标特性数据 库,对于研究武器装备在太赫兹波频 段隐身与反隐身突防具有重要作用. 建立特性实验室.美欧等国已经 建立了多个太赫兹波特性实验室,比 较典型的有美国麻省罗尼尔大学所属 的太赫兹波实验室,建立了多套连续 太赫兹波实验装置,并对多种频率的 目标特性进行了深入研究. 重点发展成像技术.利用太赫兹 波成像可有效地对爆炸物、生化制剂 以及枪支刀具等危险物品进行预警、识别.英国ThruVision 公司曾展示了一种利用太赫兹波成像技术的新型安 检系统,能在

3 至15 米的安全距离对 人群成像,并筛选出隐藏了不明物体 的人员. 重视雷达领域应用.太赫兹波雷 达技术的发展,无论在国防军事领域还是公共安全领域,无疑都已带来令人瞩目的新变化.太赫兹波雷达系统以其小型轻量、高分辨率等优势,应用于航天器自身威胁告警以及弹道目标监测,将成为空间攻防体系建设的重要研究目标.未来,太赫兹波雷达将重点突破大功率、小型化器件,实现对更小目标的更精确探测、更高分辨率成像和更细致目标特征识别. 随着科学技术的不断发展,太赫 兹波领域的新理论、新现象、新方法 和新应用层出不穷.在可预见的未来,谁能在这一重要战略前沿领域占 据制高点,谁就有可能在未来作战中 掌握主动权. 军事应用广泛 太赫兹波的独特性,使其在军事 领域的应用前景非常广阔,能给爆炸 物探测与鉴别、远程探测与成像、战 场和卫星通信、导弹末端精确制导以 及反恐怖袭击安全检查等方面带来深 远影响. 探测和鉴别爆炸物.太赫兹波的 频率很高、波长很短,具有很高的时 域频谱信噪比,且在浓烟、沙尘环境 中传输损耗很低,可穿透墙体对房屋 内部进行扫描,是复杂战场环境下寻 敌成像的理想技术.目前,太赫兹波 已能识别出