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毫米波及太赫茲技術簡介

姓名:邊穎超

學號:19021210974

毫米波是指頻率在30~300 GHz之間的電磁波,太赫茲波是指頻率在100 GHz~10 THz之間的電磁波。這兩段電磁頻譜處於傳統電子學和光子學研究頻段之間的特殊位置,過去對其研究以及開發利用都相對較少,如圖1毫米波及太赫茲頻段在電磁波譜中的位置圖。隨著雷達和無線通信等無線應用的高速發展,現有的頻譜資源已變得日益匱乏,開發新頻段已逐漸成為解決此矛盾的壹種***識,而在毫米波和太赫茲頻段存在大量未被開發的頻譜資源,使得毫米波和太赫茲頻率適於作為未來雷達和無線通信等應用的新頻段。

近幾十年來,毫米波技術得到了長足的進步。毫米波芯片方面,如主流集成電路工藝的砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)等;在毫米波真空電子器件方面,如加拿大CPI公司研制的速調管(Klystron)在W波段上獲得了超過200W的脈沖輸出功率;具體的應用已經擴展到多個領域,如毫米波通信、毫米波成像、毫米波雷達等。

而太赫茲技術作為壹項新起之秀,相對於毫米波技術,還處在探索階段。其兼有微波/毫米波和紅外可見光兩個區域的特性,融合了微波和紅外可見光的優點,其在寬帶無線通信、精細成像方面具有重要的應用價值。太赫茲技術主要包括太赫茲波源、太赫茲傳輸和太赫茲檢測等,其關鍵部件可以分為無源元件和有源器件。無源元件包括太赫茲傳輸線、濾波器、耦合器、天線等, 而有源器件包括太赫茲混頻器、倍頻器、檢波器、放大器、振蕩器等。近三十年來,太赫茲源、檢測及相關元器件取得了重要進展。如今已在物理、化學生命科學、材料科學、通信等領域掀起了壹輪研究熱潮,成為下壹代信息產業的科學技術基礎,對現代科學技術、國民經濟、國防建設具有重大意義。

THz波的波長處於微波及紅外光之間,因此在應用方面,相對於其他波段的電磁波具有非常強的互補特征。與微波、毫米波相比,THz探測系統可以獲得更高的分辨率,具有突出的抗幹擾能力和獨特的反隱身能力;與激光相比THz系統具有視場範圍寬、搜索能力好、適用惡劣氣象條件等優點。

首先,THz科學技術可以為科學研究提供強有力的新方法。THz科技在物理學、化學、生物醫學、天文學、材料科學和環境科學等方面有極其重要的應用。例如THz波不僅可以成像,而且可以作為壹種特殊而有效的探針,對物質內部進行深入的研究,提供關於物質的化學及生物成分、波譜特性、THz標記、分子動力學過程,乃至量子互作用過程等重要信息。其次,THz科技對國民經濟發展將起重要的推動作用。例如THz在生物醫學上的應用具有很大的吸引力,在皮膚癌的診斷和治療、DNA的探測、THz斷層成像、THz藥物分析和檢測等方面都顯示了強大的功能和成效。最後,THz技術在國家安全、反恐方面的應用有著獨特的優勢;THz技術是新壹代IT產業的基礎,如圖2,日本第三代太赫茲無線通信技術(0.12THz)已用於2008北京奧運會高清賽事轉播。以及研究THz科學技術本身就是壹門重要的學科。