太赫兹技术

编辑:成人网互动百科 时间:2019-12-11 19:04:55
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太赫兹辐射是0.1~10THz的电磁辐射, 从频率上看, 在无线电波和光波, 毫米波和红外线之间; 从能量上看, 在电子和光子之间· 在电磁频谱上,太赫兹波段两侧的红外和微波技术已经非常成熟,但是太赫兹技术基本上还是一个空白,其原因是在此频段上,既不完全适合用光学理论来处理,也不完全适合微波的理论来研究。太赫兹系统在半导体材料、高温超导材料的性质研究、断层成像技术、无标记的基因检查、细胞水平的成像、化学和生物的检查,以及宽带通信、微波定向等许多领域有广泛的应用。研究该频段的辐射源不仅将推动理论研究工作的重大发展,而且对固态电子学和电路技术也将提出重大挑战。
中文名
太赫兹技术
太赫兹辐射
0.1~10THz的电磁辐射
能量上
电子和光子之间
成    就
21世纪重大的新兴科学技术

太赫兹技术太赫兹介绍

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可以预料,太赫兹技术将是21世纪重大的新兴科学技术领域之一。
随着THz科技的发展,它在物理、化学、电子信息、生命科学、材料科学、天文学、大气与环境监测、通讯雷达、国家安全与反恐、等多个重要领域具有的独特优越性和巨大的应用前景逐渐显露。太赫兹波的传输是太赫兹波通信系统研究中的一个重要组成部分,由于太赫兹波在自由空间中的传输损耗很大,从某种意义上说很难对它加以引导和控制。为了克服这个困难,急需可以传播太赫兹波的波导[1] 
太赫兹技术被美国评为“改变未来世界的十大技术”之一,被日本列为“国家支柱十大重点战略目标”之首。太赫兹泛指频率在0.1~10太赫兹波段内的电磁波,处于宏观经典理论向微观量子理论、电子学向光子学的过渡区域。频率上它要高于微波,低于红外线;能量大小则在电子和光子之间。由于此交叉过渡区,既不完全适合用光学理论来处理,也不完全适合用微波的理论来研究。所以,上世纪九十年代以前,一度被人“遗忘”,也因此被称为“太赫兹空白”。
当前,各国纷纷加快了针对这唯一没有获得充分研究波段的探索,掀起一股研究太赫兹的热潮。那么,作为第五维战场空间的“拓展者”,太赫兹在军事领域具体有哪些应用?让我们走近一探究竟。

太赫兹技术太赫兹成像

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远距离穿墙术,铸就反恐作战新利器。
如果问一下驻伊美军最怕的是什么,那答案肯定是路边炸弹,防不胜防的路边炸弹,成了驻伊美军不寒而栗的“头号杀手”,以至于让美国海军陆战队司令迈克尔·哈吉认为:“这种相对低级的武器将成为未来战争的一个标志。”在美军撤离伊拉克之前路边炸弹造成的伤亡一度不绝于耳。与此同时,不断发生的细菌邮件、包裹炸弹和自杀式袭击也令人神经紧绷。似乎在传统威胁面前,高新技术也无能为力,事实真是如此吗?太赫兹的穿墙透视能力或许能够扭转这种被动局面。
太赫兹的频率很高、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少,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。未来城市及反恐作战中,借助太赫兹特有的“穿墙术”,可以对“墙后”物体进行三维立体成像,探测隐蔽的武器、伪装埋伏的武装人员和显示沙尘或烟雾中的坦克、火炮等装备,进而拨开战场迷雾。
另外,太赫兹成像技术在塑料凶器、陶瓷手枪、塑胶炸弹、流体炸药和人体炸弹的检测和识别上,更是“明察秋毫”,利用强太赫兹辐射照射路面,还可以远距离探测地下的雷场分布。如此,士兵们不需要再靠近可疑地段或人员便可以对其进行检查。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。

太赫兹技术太赫兹雷达

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高精度宽频带,让隐身兵器无所遁形。
众所周知,雷达主要靠接收目标的反射信号来发现目标。如果目标表面能使雷达波被吸收或散射,就可大大减小被发现的概率,从而达到隐身的目的。因此,通常所说的隐身技术主要是靠形状、吸波涂层、形成等离子云吸收或改变雷达波的传播方向来实现隐身的。
在隐身技术应用之后,常规的窄带微波雷达在探测雷达截面很小的隐身兵器时往往显得“力不从心”。所以,很长一段时间里,人们都谈“隐”色变。但是目前的隐身技术也并非无懈可击,它们只能对很窄的一个特定波段发挥作用,超出这个特定范围后便会无能为力。
而处于电磁频谱过渡区域的太赫兹则是集众家优长于一身。一方面,它的波长很短,大约在30um—3mm的范围内,远小于微波与毫米波的波长,因而可以用于探测更小的目标和更精确的定位;另一方面,它却又包含了丰富的频率,有着非常宽的带宽,能以成千上万种频率发射纳秒以至皮秒级的脉冲,大大超过现有隐身技术的作用范围。因此,不管是面对形状隐身、涂料隐身,还是等离子体隐身的目标时,都能让它们“无处遁形”!美国是最早提出太赫兹雷达这一概念的国家,并先后进行了0.2THz、1.56THz、0.6THz等高分辨率雷达实验,验证了太赫兹雷达的可行性,为今后的发展奠定了基础。太赫兹雷达作为未来高精度、反隐身雷达的发展方向之一,在军事上定将有广阔的应用前景。

太赫兹技术太赫兹通信

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短亦有短的好,开辟战术通信新领域。
在无线通信发展百余年后的今天,军事通信领域500MHz~5GHz频段资源已日趋稀缺,未来量子通信技术虽值得憧憬,但目前仍有些遥不可及。而太赫兹这一曾被“遗忘”的波段,集成了微波通信与光通信的优点,具有传输速率高、容量大、方向性强、安全性高及穿透性好等诸多特性,在军事通信应用上的前景诱人,已成为各国挖掘开发的热点。
首先,太赫兹的频段比现有微波通信要高出l~4个数量级,这也就意味着它可以承载更大的信息量,轻松解决目前战场信息传输受制于带宽的问题,满足大数据传输速率的通信要求。2012年日本东京工业大学预测利用太赫兹通信技术进行无线数据传输的速度,理论上可以高达每秒100千兆位。我们有充分理由相信,将来利用太赫兹无线网络传输高清影像资料,也许只在弹指一挥间。其次,太赫兹波束更窄,具有极高的方向性、更好的保密性、较强抗干扰和云雾及伪装物穿透能力,可以在大风、沙尘以及浓烟等恶劣的战场环境下以极高的带宽进行定向、高保密甚至明码军事通信。
当前,单就通信距离来看,由于太赫兹在空气中传播时很容易被水分所吸收,信号衰减严重,还存在着传输距离较短的“短板”。但是,正所谓“短亦有短的好”,在某些情况下,鉴于战场通信声道的混乱和拥塞,有限的传输距离反而能成为优势。因为大气衰减能使信号根本无法传播到远处敌人的无线电技术监听机构,可实现隐蔽的近距离通信。据相关媒体披露,美国正在利用太赫兹传输距离相对较短、不易被截获的优势,研制通信距离在5千米左右的近距离战术通信设备,一旦推广应用,势必会引发电磁空间的又一轮对抗。
参考资料
  • 1.    [1] 姚建铨. 太赫兹技术及其应用 [J]. 重庆邮电大学学报(自然科学版),2010,22(6):703-707.
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通信技术 社会 教育 技术