高莱盒太赫兹探测器

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))。/pp　　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。/pp　　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。/pp　　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。/pp　　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。/pp　　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。/pp　　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。/pp　　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。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/c73fe96e-7527-4de4-8f95-ff4e6c2935aa.jpg" title="1.jpg"/　/pp 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//pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/70869861-507f-4a27-91dc-64a7cf6c6185.jpg" title="2.jpg"//pp 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//pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/15463ac0-04f0-4c63-9091-fee1013ca466.jpg" title="3.jpg"//pp 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

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

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)

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。

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。

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。

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。

01. 导读石墨烯已经实现了许多最初预测的特性，并且正朝着市场迈进。然而，尽管预测的市场影响巨大，基于石墨烯的高性能电子和光子学仍然落后。尽管如此，已经报道了一些令人印象深刻的光电子器件演示，涉及调制器、混频器和光电探测器（PDs），特别是利用石墨烯的高载流子迁移率、可调电学特性和相对容易集成的石墨烯光电探测器已经得到了证明，例如展示了利用光增益效应的高响应度或超过100 GHz的带宽。从紫外线到远红外线之间，尽管石墨烯几乎具有均匀吸收特性，但其相对低的吸收率约为2.3%，这是其中一个主要挑战。因此，大多数速度最快、性能最佳的探测器都是在硅或硅化物等光子集成电路（PIC）平台上进行演示的。通过石墨烯的电场的平行传播，可以提供更长的相互作用长度，从而增加吸收率。通过使用等离子体增强技术，甚至可以实现更短和更敏感的探测器。尽管在光子集成电路上使用石墨烯已经展示了多种功能应用，但光子集成电路的整合也有其代价。光子集成电路的整合限制了可访问的波长范围，无论是由于波导材料（如Si）的透明度限制，还是由于集成光学电路元件（如光栅耦合器、分光器等）的有限带宽。此外，光子集成电路的整合对偏振依赖性和占地面积都有一定的限制，这是由于访问波导的原因。光子集成电路的模式和等离子体增强也意味着所有光线只与石墨烯的一个非常有限的体积相互作用，导致早期饱和的发生，有效地将最大可提取的光电流限制在微安级别。作为一种替代方案，可以直接从自由空间垂直照射石墨烯。这种方法可以充分利用石墨烯的光电检测能力，而不会受到所选择光子平台的限制。然而，这需要一种结构来有效增强石墨烯的吸收。此外，由于器件尺寸较大，对整体器件几何结构和接触方案的额外考虑更加关键。尽管如此，已经证明即使是与自由空间耦合的石墨烯探测器也可以达到超过40 GHz的带宽。由于没有光子集成电路的一些约束，整体效率不会受到耦合方案的影响，而且其他属性，如不同波长和偏振，现在也可以自由访问。例如，最近利用任意偏振方向来演示了中红外区域的极化解析检测中的定向光电流。石墨烯提供了多种物理检测效应：与传统的光电探测器（如PIN光电二极管或玻璃热计）只使用一种特定的检测机制不同，石墨烯探测器具有多种不同的检测机制，例如基于载流子的机制[光电导（PC）和光伏（PV）]，热机制[玻璃热（BOL）和光热电（PTE）]，或者增益介质辅助的机制。最近的器件演示已经朝着光热电复合操作的方向推进，以克服依赖偏置检测机制时的高暗电流问题。对石墨烯的时间分辨光谱测量表明，载流子动力学可以实现超过300 GHz的热和基于载流子的石墨烯光电探测器。对于设计高速、高效的石墨烯光电探测器来说，目前仍不清楚哪种直接检测机制（PV、PC、BOL或PTE）可以实现最高的带宽，并且这些效应中的许多效应可以同时存在于一个器件中，使得专门的设计变得困难。02. 成果掠影鉴于此，瑞士苏黎世联邦理工学院电磁场研究所Stefan M. Koepfli报道了一种零偏置的石墨烯光电探测器，其电光带宽超过500 GHz。我们的器件在环境条件下可以覆盖超过200 nm的大波长范围，并可适应各种不同的中心波长，从小于1400 nm到大于4200 nm。材料完美吸收层提供共振增强效应，同时充当电接触，并引入P-N掺杂，实现高效快速的载流子提取。光可以通过标准单模光纤直接耦合到探测器上。直接的自由空间耦合使光功率可以分布，导致高于100 mW的饱和功率和超过1 W的损伤阈值。该探测器已经经过高速操作测试，最高速率可达132 Gbit/s，采用两电平脉冲幅度调制格式（PAM-2）。多层结构几乎可以独立于基底进行加工处理，为成本效益高的技术奠定了基础，该技术可以实现与电子器件的紧密单片集成。我们进一步展示了该方法的多样性，通过调整超材料的几何形状，使其在中红外波长范围内工作，从而在原本缺乏此类探测器的范围内提供高速和成本效益高的探测器。因此，这种新型传感器为通信和感知应用提供了机会。相关研究成果以“Metamaterial graphene photodetector with bandwidth exceeding 500 gigahertz”为题，发表在顶级期刊《Science》上。03. 核心创新点本文的核心创新点包括：1. 基于图形石墨烯的光电探测器：本文提出了一种利用单层石墨烯的光电探测器。与传统的光电二极管或波尔计可以利用一种特定的探测机制不同，图形石墨烯探测器具有多种不同的探测机制，包括载流子机制、热机制和增益介质辅助机制。2. 电光带宽：本文展示了具有大于500 GHz的电光带宽的图形石墨烯探测器。这意味着该探测器能够高速响应光信号，适用于高速通信和数据传输。3. 多波段操作和宽光谱范围：图形石墨烯探测器能够在多个波段上工作，并且具有超过200 nm的宽光谱范围。这使得该探测器在通信和传感等领域具有广泛的应用潜力。4. 自由空间耦合和紧凑集成：本文展示了通过自由空间耦合的方式将光信号直接耦合到探测器中，避免了光子集成电路中的限制，并且实现了紧凑的集成。这使得探测器具有更好的灵活性和可扩展性。5. 高饱和功率和低压操作：图形石墨烯探测器具有高饱和功率，能够抵消响应度的影响。此外，它还能在低电压范围内进行操作，与CMOS技术兼容，使得探测器具有更低的功耗和更好的性能。04. 数据概览图1. 间隔式石墨烯超材料光电探测器的艺术视角。（A）从顶部直接通过单模光纤照射器件的艺术化表现。（B）器件结构的可视化。光电探测器由金反射层背板、氧化铝间隔层、单层石墨烯和相连的偶极子谐振器组成。金属线具有交替的接触金属，由银或金制成。然后，该结构由氧化铝钝化层封顶。图2. 制备的器件和模拟的光学和电子行为。（A至D）所提出的超材料石墨烯光电探测器（钝化前）的扫描电子显微图，放大倍数不同。显微图展示了从电信号线到活动区域再到谐振器元件的器件结构。在（D）中显示了四个单元格（每个单元格大小为1 mm × 1 mm），位于x和y坐标系中。比例尺分别为50mm（A），5 mm（B）和1 mm（C）。（E至G）同一单元格的模拟光学和静电行为。图（E）中展示了电磁场分布下的偶极子天线行为，图（F）中展示了相应的吸收分布。大部分吸收都集中在偶极子谐振器附近。图（G）中展示的模拟接触金属引起的电势偏移显示了由于交替接触金属而引起的P-N掺杂。沿着每种模拟类型（（E）至（G））的中心线（y = 1000 nm）的横截面位于每个面板的底部，显示光学信号和掺杂在接触区域附近最强。图3. 用于电信波长的器件性能。（A）用光学显微镜拍摄的器件在与电子探针接触时的顶视图（顶部）和侧视图（底部）图像。图像显示了与单模光纤的直接光学耦合。DC表示直流，RF表示射频。（B）归一化的光电响应随照射波长变化的曲线图，显示了共振增强和宽带工作。FWHM表示半峰全宽。（C）光输入功率变化范围内提取的光电流，范围跨越了五个数量级（黑线）。蓝线对应于器件上的光功率（Int.），而黑线对应于单模光纤输出的功率（Ext.）。响应度分别为Rext = 0.75 mA/W和Rint = 1.57 mA/W。（D）石墨烯光电探测器在2至500 GHz范围内的归一化频率响应。测量结果显示平坦的响应，没有滚降行为。WR代表波导矩形。（E）不同射频音调下的归一化射频响应随栅压的变化。发现理想的栅压在-2.5 ±1 V附近，使得响应平坦，这对应于轻微的P掺杂，可以从底部的电阻曲线中看出。电阻曲线进一步显示靠近0 V的狄拉克点和非常小的滞后行为（在图S2中进一步可视化）。（F）测量栅电压范围的相应模拟电势剖面，显示了理想的栅电压（以红色突出显示），对应于两个接触电平中心处的掺杂。图4. 光谱可调性和多共振结构。（A至C）模拟（A）和测量（B）不同元件共振器长度的光谱吸收，展示了元件结构的可调性。图中给出了四个示例的极化无关设计的扫描电子显微镜图像（C），其中颜色对应于（A）中所示的共振器长度刻度。比例尺为1 mm。（D至G）多共振器件的概念。（D）针对1550和2715 nm的双共振器件的扫描电子显微镜图像。顶部比例尺为1 mm，底部比例尺为5 mm。（E）相应的电场模拟，使用3个单元单元格乘以2个单元单元格的双共振器件，激发波长分别为1550和2715 nm，显示了两个不同尺寸共振器的清晰偶极子行为。（F）器件上的光电流与光功率的关系图和（G）两个波长的测量响应度与电压的关系图。05. 成果启示我们展示的2 GHz至500 GHz以上的电光带宽光电探测器与传统的PIN光电探测器技术和单向载流子光电二极管相媲美。垂直入射的元件结构图形PD在单个器件中充分发挥了图形的预期优势。从概念上讲，该探测器的性能利用了元件吸收增强、通过图形-金属接触掺杂的内置电场、通过静电门实现的良好控制的工作点以及化学气相沉积生长的图形的有效封装。探测器依赖于相对简单的金属-绝缘体-图形-金属-绝缘体的层状结构，这种结构潜在地可以在几乎任何衬底上进行后处理，并支持与现有结构的高度密集的单片集成，类似于等离子体调制器的示例。与大多数先前关于图形探测器的工作不同，我们展示了在无冷却条件下的空气稳定操作，使用了与互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容的低电压范围的栅压，这是由于直接生长的封装层结构与底部绝缘体设计的结合效果所致。通过这些器件，我们展示了132 Gbit/s的数据传输速率，这是迄今为止已知的最高速度的图形数据传输速率。高饱和功率使得高速检测成为可能。在受到射击噪声限制的通信系统中，高饱和功率可以抵消适度的响应度，因为信噪比与响应度和输入功率成正比。此外，适度的响应度可以改善。以前的自由空间照明的图形光电探测器依赖于载流子倍增或基于剥离的多层图形而达到了更高的响应度，而没有任何光学增强。因此，还有很大的空间来共同努力进一步完善这个概念，改进制造工艺，并实现更高质量的图形材料。这些努力很可能会导致新一代的基于图形的探测器，具有足够的响应度。最后，大于500 GHz的高带宽和图形的波长无关吸收使得探测器可以在从1400 nm到4200 nm及更远的范围内的任何波长上工作。这对于传感和通信都是相关的。例如，在电信领域，持续增长的数据需求导致了对新通信频段的强烈需求。这种具有紧凑尺寸和与CMOS集成能力的新型探测器可能能够满足当前迫切需求。原文详情：Metamaterial graphene photodetector with bandwidth exceeding 500 gigahertzStefan M. Koepfli, Michael Baumann, Yesim Koyaz, Robin Gadola, Arif Gngr, Killian Keller, Yannik Horst, ShadiNashashibi, Raphael Schwanninger, Michael Doderer, Elias Passerini, Yuriy Fedoryshyn, and Juerg Leuthold.Science, 380 (6650), DOI: 10.1126/science.adg801

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

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。

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。/pp　　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。/pp　　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& #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。/pp　　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。/pp　　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。/pp　　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。/pp　　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。　/pp 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"//pp style="text-align: center "图1. 单像元太赫兹探测器模组及其扫描成像。/pp style="text-align: center "img title="02.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201603/insimg/3511e5b9-ef9e-4126-a5b3-87656719a3c4.jpg"//pp style="text-align: center "图2. 32× 32焦平面和1× 64线阵列太赫兹成像芯片。/pp 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"//pp style="text-align: center "图3. 焦平面和线阵列太赫兹成像。br//p

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。

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, Mengyun Wang, 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.

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

近日，Science Advances发表了题为“Broadband and photovoltaic THz/IR response in the GaAs-based ratchet photodetector”的研究工作（Sci. Adv. 8, eabn2031 (2022)）。该论文提出了一种基于GaAs/AlxGa1-xAs异质结的量子棘轮结构。这种结构综合利用了电泵浦实现的热载流子注入效应、自由载流子吸收和从轻、重空穴带到自旋轨道分裂带的光跃迁等多种吸收机制，突破了界面势垒的限制，实现了从近红外到太赫兹波段（4-300太赫兹）的超宽谱光响应。A. 量子棘轮探测器结构. B. 探测器能带结构. C. 器件PL光谱. D.探测器微观机制示意图. 近年来，红外(IR)/太赫兹(THz)光电探测器已经引起了极大的关注。然而，设计高性能的宽带红外/太赫兹探测器一直是个巨大的挑战。在宽谱探测器领域，一直是热探测器占据主要地位，但热探测器难以实现高速探测。光子型探测器具有可调节的响应范围、良好的信噪比和非常快的响应速度。量子阱探测器（QWP）响应速度快，灵敏度高，光子响应范围灵活可调，是性能优异的光子型红外/太赫兹光电探测器。但窄带特性使其覆盖波段十分有限。内光发射探测器（IWIP）由于其正入射响应机制、宽谱响应以及可调的截止频率，一直被认为是极具竞争力的宽带红外/太赫兹光电探测器。但其激活能低，导致较大的暗电流，需要在极低的温度(液氦温区)下工作。量子点探测器可以在高温下实现太赫兹探测和正入射响应，但可靠性和可重复性仍然是一个巨大的挑战。光泵浦热空穴效应探测器（OPHED）基于热-冷空穴的能量转移机制进行探测，可以突破带隙光谱的限制，实现超宽谱的红外/太赫兹探测。其探测波长可调，同时能够抑制暗电流和噪声。然而，依赖于外部光学激励的热空穴注入是太赫兹探测的前置条件，这大大增加了OPHED的复杂性。A.暗电流随温度变化 B. 暗电流与常用太赫兹探测器对比 C. 零偏压下微观响应机制 D. 量子棘轮探测器光响应谱. 应用物理与计算数学研究所白鹏与上海交通大学张月蘅、沈文忠研究组提出了一种基于GaAs/AlxGa1-xAs量子棘轮新结构的超宽谱光子型探测器。该探测器能实现正入射响应，响应范围覆盖4-300THz，远超其他光子类型的探测器的覆盖范围。此外，该器件即使在零偏置电压下也能产生明显的光电流。其峰值响应率达7.3 A/W，比OPHED高出五个数量级。由于量子棘轮能带结构的不对称性，器件的响应在正负偏压下也表现出明显的差别。在温度低于 77K时，由于量子棘轮效应，探测器表现出明显的整流行为，器件暗电流比现有的光子型探测器低得多，噪声等效功率低至3.5 pW·Hz−1/2，探测率高达2.9 × 1010 Jones，展示出其在高温下工作的潜能。 该项研究中展示了一种新型超宽带太赫兹/红外光电探测器。在无任何光耦合结构设计的情况下，这种成像器件具备很宽的光谱探测范围（4-300THz），快响应速度，低噪声等效功率和高探测率，为发展高温高速的超宽谱光电探测器件奠定了基础。 该工作近日发表于Science Advances （Sci. Adv. 8, eabn2031 (2022)）上。共同第一作者北京应用物理与计算数学研究所助理研究员白鹏和张月蘅课题组博士研究生李晓虹，共同通讯作者为应用物理与计算数学研究所楚卫东研究员、上海交通大学张月蘅教授和清华大学赵自然教授。研究工作得到了国家自然科学基金、上海市科技自然科学基金、博士后基金和上海交通大学“人工结构及量子调控”教育部重点实验室开放课题的经费支持。上海交通大学张月蘅课题组承担并参与了器件设计、器件性能测试表征及论文写作方面的工作。

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。

4年前，刚刚成立的烟台睿创公司决定研制一只&ldquo 火眼金睛&rdquo &mdash &mdash 无论雨雪交加，还是烟尘雾霾，完全不受光线影响的&ldquo 透视眼&rdquo ，看透暗夜中隐藏的秘密。　　&ldquo &lsquo 非制冷红外成像&rsquo 及 &lsquo 太赫兹实时成像&rsquo 是一种比孙悟空的&lsquo 火眼金睛&rsquo 更神奇的技术&rdquo ，在研发者看来，它们的&ldquo 神奇&rdquo 之处在于：在战场上，可以探测夜幕掩盖下的目标、显示烟雾中隐藏的坦克 在日常生活中，可以打造车辆的夜视系统 在机场安检中&ldquo 1秒安检扫描全身&rdquo ，也可以&ldquo 验明&rdquo 建筑大楼的&ldquo 瑕疵&rdquo &hellip &hellip 　　这只&ldquo 眼睛&rdquo 的研制过程究竟有怎样的故事?　　&ldquo 红外之眼&rdquo 能看到什么?　　正在高速行驶的轿车前方突然窜出一只动物，在能见度只有两三米的情况下，车辆却提前十米刹了车。借助车上的远红外线摄像机，驾驶员能及时识别出人、动物和车辆等不同散热物体 一座建筑的质量&ldquo 瑕疵&rdquo 与节能水平难以用肉眼观察，但通过红外成像技术，检测易如反掌，因为裂缝处与其他地方的温度不同。　　&ldquo 借助于目标自身发射的红外辐射来看透肉眼看不到的东西&rdquo ，就是红外成像技术。上述两个例子只是这项技术广泛用途的部分显示。　　在军事上，红外热像仪可应用于军事夜视侦查、武器瞄具、夜视导引、红外搜索和跟踪、卫星遥感等多个领域 在民用方面，可以用于材料缺陷的检测与评价、建筑节能评价、设备状态热诊断、生产过程监控、自动测试、减灾防灾&hellip &hellip 　　这是一个散发着巨大诱惑的市场，也是一个&ldquo 难以高攀&rdquo 的市场&mdash &mdash 核心成像芯片的研制太难了，难到只被西方少数国家掌握，却因其广泛的军事用途被列入技术封锁和产品禁运之列。而国内，围绕着这项&ldquo 高门槛、宽应用&rdquo 的技术，一批国字头科研院所和高新企业展开角逐，其中包括资金、实力并不占优的民营企业睿创公司。　　这家公司创业者认为，&ldquo 实际上，红外行业特别是非制冷红外成像行业在中国是一个空白，没有谁真正突破了核心技术，这就给我们同等竞争的机会。&rdquo 　　企业的嗅觉是最灵敏的，这促使睿创公司招兵买马，试图在这个行业一展身手，&ldquo 成立公司之前，我们没有100%的把握，只有70%。&rdquo 在公司的创业者看来，睿创是民企，&ldquo 没有退路，只能拼命&rdquo ：&ldquo 我们把身家性命都押上了，这就是我们的饭碗，做不成就没有饭吃。&rdquo 　　不过，破釜沉舟的创业者还是没想到，&ldquo 这个领域的&lsquo 水太深了&rsquo 。&rdquo 　　&ldquo 深不可测&rdquo 的研发大海淹没了谁?　　黑夜是光的坟墓，也让人们产生了对光明的渴求，红外成像与红外探测器便应运而生。　　在夜视领域，红外探测器是热成像系统的核心，主要分为制冷型和非制冷型。尽管前者被认为是高端应用中的最佳选择，但因为成本居高不下，所以尺寸较小、重量较轻且功耗较低的非制冷红外探测器更获大家青睐。　　但制作非制冷红外探测器并不容易。　　作为资金密集型和技术密集型产业的代表，睿创的&ldquo 非制冷红外探测器&rdquo 之路首先面临着钱的考验，&ldquo 研发包括几个步骤，从设计开始就要花钱，做芯片肯定要流片，半导体流片需要花钱 这里面的风险在于，如果设计细节稍有不慎，则前功尽弃，整个之前的投入全部废掉 然后，封装、测试，上马设备都需要花钱 在此之外，原材料的费用，人员费用等等都离不开资金的投入&rdquo 。　　投钱多、见效慢考验着企业的定力，但找钱还不是最难的，探测器所需要的芯片攻关才是最大挑战，&ldquo 红外焦平面探测器芯片采用IC(集成电路)+MEMS(微机电系统)，长期以来，我国电子信息产业一直饱受&ldquo 缺芯&rdquo 之痛，况且，红外成像芯片相对其它芯片来说，复杂程度和研发难度更高&rdquo 。　　大浪淘沙，适者生存，&ldquo 深不可测&rdquo 的研发大海检验着研发阵营的成色：那些并未做好准备的投入者，一个接一个被淘汰 剩下的是善水的坚持者。千百次的&ldquo 实验&mdash 失败&mdash 再实验&mdash 再失败&mdash 直到成功&rdquo ，亲历者的刻骨记忆永远比文字记述来得真切，公司负责人一句&ldquo 太不容易了&rdquo ，概括了所有的研发故事。　　尽管步履维艰，挑战重重，但&ldquo 非制冷红外探测器&rdquo 的研制还不是这家企业的终极野心。　　如何掌握改变未来的技术?　　如果问一下联合国维和部队最怕的是什么，路边炸弹是回答之一。防不胜防的路边炸弹，给爱好和平的人们造成的伤亡不绝于耳。在传统威胁面前，高技术也无能为力?比&ldquo 非制冷红外成像技术&rdquo 更为先进的&ldquo 太赫兹成像&rdquo 的穿墙透视能力给出了答案。　　太赫兹技术被美国评为&ldquo 改变未来世界的十大技术&rdquo 之一，它可以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。同时，与耗资较高、作用距离较短、无法识别具体爆炸物的X射线扫描仪相比，太赫兹成像具有独特优势，目前已经初步应用于检查邮件、识别炸药及无损探伤等安全领域。　　2013年1月对中国红外行业来说有着标志性意义：这一天，烟台睿创研制的第一代&ldquo 非制冷红外焦平面探测器&rdquo 迎来&ldquo 鉴定大考&rdquo ，&ldquo 国际同类产品先进水平&rdquo 的结论证明了过去3年努力所达到的高度。2014年初,睿创又发布了第二代高性能红外成像探测器产品，关键指标已经优于国外的竞争产品。　　公司负责人表示,&ldquo 以前，核心的芯片和器件主要依赖进口，它的价格从几万到十几万不等，我们产品开发成功可以使价格大幅度下降，当前我们看好安防监控和汽车辅助驾驶市场，这个量是非常大的。&rdquo 　　利用3年时间将非制冷红外探测器打造出来后，这个上进的民企并没有停下脚步，而是瞄准了下一代非制冷红外成像技术与更高难度的太赫兹探测器。　　借助在前期非制冷技术的积淀，睿创又开发出了国内首款太赫兹焦平面探测器产品。值得一提的是：经过国外权威机构的测试，该设备的成像芯片指标达到了国际一流水准。　　为什么是他们做出来了?　　睿创成立短短四年，做出了西方需要十年时间才能做出的产品。公司负责人时常面临的疑问是：你们是如何做出来的?　　&ldquo 之所以能取得成功，是因为我们站在巨人的肩上。在调研、分析与总结之前很多伟大科学家与工程技术人员的杰出成果的基础上最终形成了公司自己的核心技术，争取少犯前人犯过的错误&rdquo 。　　在关键的环节找关键的人和灵活的用人机制也推动着项目的成功。&ldquo 我觉得成功的重要原因是股东和董事会充分放权，对总经理和研发团队信任。在公司，500万以下的研发资金支出可以不经过董事会 总经理全国各地搜罗产业链条上所需人才，薪金待遇随需而定&rdquo 。　　公司近100名员工，研发人才占了50%多，这就是睿创作为研发初创企业的典型特征。记者了解到，这个包括8名博士、34名硕士的研发团队已经在短短4年间取得了26项专利，其中包括6项发明专利。当然，股权激励是必不可少的。公司一旦上市，拥有股权的研发人员也将获得相应的回报。　　激励机制和充分放权给企业带来了活力。　　眼下，&ldquo 非制冷红外成像&rdquo 和&ldquo 太赫兹成像&rdquo 的技术都已成熟，进入了产业化的&ldquo 前夜&rdquo ，这让睿创公司有了更大的信心：&ldquo 预计我们的一期芯片达产后，年产值可以达到10亿人民币，在二期完工之后，我们可以达到50亿的产值。&rdquo

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。

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

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。

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。

德国亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫(HZDR)研究中心的科学家通过在 SiC 上一个微小的片状石墨烯加上天线，开发出一种新的光学探测器。据称，这种新型探测器可以迅速的反射所有不同波长的入射光，并可在室温下工作。这是单个检测器首次实现监测光谱范围从可见光到红外辐射，并一直到太赫兹辐射。　　HZDR 中心的科学家们已经开始使用新的石墨烯探测器用于激光系统的精确同步。据HZDR 物理与材料科学研究所的物理学家 Stephan Winnerl 称，相对于其他半导体，如硅或砷化镓，石墨烯可以承载具有超大范围光子能量的光，并将其转换成电信号，只需要一个宽带天线和恰当的衬底来。　　石墨烯片和天线组件吸收光线，将光子的能量转移至石墨烯的电子中。这些“热电子”能够增加探测器的电阻，产生快速电信号，在短短 40 皮秒内便可完成入射光注入。　　衬底的选择是提高捕光器的关键。过去使用的半导体衬底吸收了一些波长的光，但碳化硅可在光谱范围不主动吸收光。 此外，天线的作用就像一个漏斗，捕捉长波红外和太赫兹辐射。目前，科学家们已经能够将光谱范围增加为此前型号探测器的90倍，所能探测到的最短波长比最长的小 1000倍。而在可见光中，红光波长最长，紫光波长最短，红光波长仅是紫光的两倍。　　该光学探测器已被 HZDR 中心采用，用于易北河中心的两个自由电子激光器的精确同步。这种精确同步对“泵浦探针”实验尤为重要，研究员使用其中一个激光器激发材料，再使用另一个具有不同波长的激光器进行测定。在这种实验中，激光脉冲必须精确同步。因此，科学家们使用石墨烯探测器如同使用秒表。精确同步的探测器可以显示出激光脉冲何时达到目标，大带宽有助于防止探测器变为潜在错误来源。该种探测器的另一个优点是，所有的测量可以在室温下进行，避免了其他探测器所需的昂贵和费时的氮气或氦气冷却过程。

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。

前不久，成都双流机场“弱光子人体安检仪”引发轩然大波。经查，所谓“弱光子人体安检仪”实际采用的是X射线检测。因使用X射线人体安检设备对公众进行无差别安检扫描，不具备正当性，环保部于10月10日正式下文叫停使用该类安检设备。　　据了解，今年年底春运期间，北京部分火车站或将试用一种没有辐射的太赫兹人体安检仪。　　现状 人体安检有盲区 G20峰会启用人体安检仪　　据了解，目前，我国公共场所的安检主要是针对行李物进行检测，采用的技术都是比较成熟的X射线检测技术 适用于人体的安检方式，除了人工手检外，就是金属探测门及手持探测器。而对金属之外的物品，并没有特别有效的检测技术。如何能兼顾人身安全与安检效率，成为公众关注的问题。实际上，国外已经出现了无辐射风险同时又能准确检测的新技术，即太赫兹人体安检技术。这类安检新技术，国内也已经从实验室走向应用。在今年的G20峰会上，就出现了我国自主研发生产的适用于人体安检的“被动式太赫兹人体安检仪”。　　该类设备已经在国内多地完成场地实验。很快将会在一些火车站进行试点测试。安检仪样子　　专家 新型太赫兹安检技术对人体无害　　太赫兹波是什么?它对人体无害的科学原理是什么?未来它将如何影响世界?为此，记者采访了中科院院士、我国最早致力于太赫兹波研究的著名激光与非线性光学专家姚建铨。姚院士详细介绍了太赫兹波的特性及科学原理，以及未来的应用前景。　　为了便于理解，姚院士还特意在纸上画了一张图，将目前人类已知的各种波段在上面标注。据他介绍，2004年，太赫兹技术首次被美国提出，并且美国政府将太赫兹技术评为 “改变未来世界的十大技术”之一 2005年，日本更是将其列为“国家支柱十大重点战略目标”之首，举全国之力进行研发。太赫兹，因此成为本世纪最为重要的新兴学科之一。　　姚院士　　“人类社会中存在声波、电磁波、震动波、伽马射线、X射线等各种各样的波。各种波频率有高低。声波的位置比较低，最高频的是伽马射线、X射线。太赫兹波在电子波段里不长不短，正好比光波要低一些，比声波和电磁波要高一些。”　　姚院士解释说，太赫兹波之所以对人体无害，与其单光子能量低相关。太赫兹波在频谱图里的位置，位于微波和红外之间，其最大特点是单光子能量很低，仅仅相当于X射线单光子能量的1/124。姚院士说，由于它释放的能量很小，不会对人体产生有害的光致电离 而为什么伽马射线、X摄线对人体有一定的影响?因为它频率高，频率越高对人体的影响越大。所以说，安全性好，是太赫兹波的特性之一。也就是说，太赫兹波用于人体安检，无论主动式还是被动式，它对人体都是安全无害的。也正因为如此，世界上一些发达国家都在利用太赫兹技术在安检和安防领域。　　其次，由于人体体温即可发射出太赫兹波，人体和物体之间的温度差，形成强弱不同的太赫兹波，机器接收后进行处理转换，最终实现探测成像 此外，太赫兹波对于某些电介质材料具有很强的穿透效果，除了可测量由材料吸收而反映的空间密度分布外,还可以通过相位测量得到折射率的空间分布,从而获得与材料相关的的更多信息。特别适合于可见光不能透过、而X射线成像的对比度又不够的场合。所以，利用太赫兹电磁波可检查机场通关的旅客与行李,检查邮件中是否藏有毒品、炭疽菌粉或炸弹等违禁物品。也就是说，利用太赫兹波不仅能检测成像，还可以检测物质成分，让毒品、爆炸物等无所遁形。可以预见，太赫兹技术未来将在反恐领域得到广泛应用。　　另外，太赫兹和电磁波频谱中其它波段不一样，它几乎兼具通信、雷达和遥感测距等所有功能，而且每项应用的表现都比现有技术占优。因此，通信、军事、航天、生物诊断都是其大显身手的领域。　　但是，姚院士也坦言，目前中国乃至全世界对于太赫兹波的了解还不是很深入，只是最近五年研究和应用的速度比较快。而民用方面，主要是在安全检测上。一些发达国家已经出现了太赫兹波人体安检仪，而我国也开始从实验室阶段进入到实际应用。今年，杭州举办的G20峰会期间，一种被称为“被动式太赫兹人体安检仪”的设备就已经投入测试使用。　　进展 零辐射人体安检或春运期间北京试用　　为了直观感受新型太赫兹人体安检设备的效果与效率，记者特意前往设立在北京亦庄锋创科技园的北京市科协院士专家工作站，现场观摩了在G20峰会期间使用过的被动式太赫兹人体安检仪的检测过程。　　当随身携带金属刀、陶瓷刀、速溶奶茶、水、发胶等物品的被检人员，与没有携带物品的人员，依次从一台如银行ATM机般的机器前走过时，现场技术人员随即通过屏幕上人体图像的明暗对比，准确地排查出携带物品的可疑人员。 他介绍说，“今天演示的是双机对扫，人站在两台机器中间，这样就不用转身，大约3秒即可完成检测，非常便利。而且因为是非接触机器检查，避免了手检的尴尬和麻烦。”　　据了解，检测是通过屏幕上明暗不同的成像效果来分辨人体是否携带异物。在演示现场，记者看到，一位携带陶瓷刀具的被检人员，其检测图像上能明显看出裤兜处阴影部分，技术人员说，阴影部分就是可疑物品，在实际安检中，这种情况会被要求做进一步人工安检 　　现场技术负责人赵光贞博士介绍，之所以该设备命名为“被动式太赫兹人体安检仪’，是相对于X射线和毫米波等主动式安检仪而言的。所谓主动式，都是由机器主动发射出光源穿透物体(或者反射回来)，而被动式则是由机器被动接收人体发射出来的太赫兹波，本质上决定了“被动式太赫兹人体安检仪”是一种零辐射、零伤害的检测方式。“不同物品的温度不一样，利用温差，检测仪显示出不同颜色的呈像。”　　另外，现场技术人员还告诉记者，被动式太赫兹人体安检仪还可实现动态检测，即对正在行进中的人进行扫描检测。据了解，动态扫描检测适用人流密集、安检级别高的场所，比如机场的旅客安检。但技术人员也告诉记者，这套设备虽然能实现动态检测，但是在动态模式下，成像的清晰度会受到一些影响。不过，让人期待的是，研发生产该仪器的航天十一院相关单位已经研发出第二代太赫兹人体安检设备，动态检测效果更佳。而且，新设备的示范应用点已经确定。将在今年春运期间完成测试应用。

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。

3月13日，大恒新纪元科技股份有限公司（简称“大恒科技”）宣布，由公司牵头承担的国家重大科学仪器开发专项“基于飞秒激光的太赫兹时域光谱仪开发”项目进展顺利，进度和成果产出达到任务书要求的考核指标，顺利通过综合验收。“基于飞秒激光的太赫兹时域光谱仪开发”项目概述项目编号：2012YQ140005；项目组织单位：北京市科学技术委员会；项目牵头单位：大恒新纪元科技股份有限公司；项目第一技术支撑单位：首都师范大学；项目协作单位：北京大学、南京大学、中国科学院电子学研究所、上海理工大学、北京理工大学、清华大学、中国农业大学、北京农产品质量检测与农田环境检测技术研究中心、中央民族大学、北京中医药大学东直门医院、中国石油大学（北京）、东莞理工学院、中国科学院半导体研究所；项目起止年限：2012年10月至2017年9月；项目总体目标： 攻克太赫兹源、探测器等模块联用和集成关键技术，研发纳米金属薄膜宽频谱太赫兹源、Nb5N6超薄膜的室温太赫兹探测等关键部件，开发仪器操作平台软件与谱解析系统软件，通过系统集成和工程化开发，研发出性能稳定、质量可靠的基于飞秒激光的太赫兹时域光谱仪；通过在食品安全检测、药品分析、临床检测、油气分析等领域中的应用开发，丰富太赫兹时域光谱仪的测试应用功能，并在材料无损检测、环境监测等领域推广。该项目国家给予重大科学仪器设备开发专项资金人民币6,780万元，分阶段拨付，由牵头单位、第一技术支撑单位和协作单位共同使用。“基于飞秒激光的太赫兹时域光谱仪开发”项目验收情况该项目主要针对太赫兹时域光谱仪及各个关键模块进行了研究和开发，先后开发出具有自主知识产权的超快激光器、太赫兹源、太赫兹探测器等一系列核心产品，形成了四款各具特色的太赫兹时域光谱仪，打破了国外太赫兹技术在国内的价格垄断地位，具有较强的市场竞争力。目前太赫兹光谱仪已经在无损检测形成销售，该项目还在食品安全、民族医药、肾病检测、石油勘探、半导体材料等五个领域进行太赫兹的示范应用研究，进一步拓展了太赫兹时域光谱仪的应用，为太赫兹技术的产业化奠定了基础。关于大恒新纪元科技股份有限公司大恒科技于1998年12月14日注册成立，原名新纪元物产股份有限公司，1999年9月9 日更名为大恒新纪元科技股份有限公司；于2000 年11月29日在上海证券交易所上市（600288）。公司主营业务为光机电一体化产品、信息技术及办公自动化产品、数字电视网络编辑及播放系统、半导体元器件。据大恒科技业绩报告，2019年度实现营业收入33.06亿元，归属于上市公司股东的净利润7,308.76万元；2020上半年公司实现营业收入8.74亿元，实现归属于上市公司股东的净利润-2,201.73万元。

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。

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