1、太赫茲通信技術介紹

太赫茲（Terahertz，1THz＝1012Hz）泛指頻率在0.1～10THz波段（對應波長為30～3000μm）范圍內的電磁波，介于紅外和微波之間。太赫茲波的位置處于宏觀電子學向微觀光子學的過渡階段。以往由于缺乏有效的太赫茲波產生和檢測的方法，因此對太赫茲波的研究較為有限，使其成為電磁波譜研究上的“太赫茲空隙”（TerahertzGap）。太赫茲波在電磁波頻譜中所處的位置如圖1所示。

圖1太赫茲波在電磁波頻譜中的位置圖

太赫茲通信技術的快速發展使得太赫茲通信越來越受到國際各國的關注和重視。

我國在太赫茲通信技術研究方面主要研究機構的相關研究成果見表1。

表1國內太赫茲通信技術相關研究成果

2、太赫茲通信的技術特點

由于太赫茲波處在電磁波譜的特殊位置，使其具有很多獨特的技術特點和性質。從頻譜上看，太赫茲波在整個電磁波譜中處在微波與紅外波之間；從光學領域看，太赫茲波被稱為遠紅外射線；從能量上看，太赫茲波段的能量介于電子和光子之間。太赫茲光波不僅擁有與光相同的直進性，還具有與電波相似的穿透性和吸收性。太赫茲波的主要技術特點如下：

（1）太赫茲波的穿透性強

由于太赫茲波自身包含豐富的光譜信息，且具有很好的光譜分辨特性，對很多介電材料與非極性液體具有良好的穿透性。因此，太赫茲波不僅可以作為探測材料性質的檢測工具，還可以作為通信工具在煙霧、沙塵等惡劣環境下進行通信工作。

（2）太赫茲波的光子能量較低

根據測量結果，頻率為1THz的太赫茲波僅具有4.1meV的光子能量，約為X射線光子能量的百分之一量級，因此太赫茲波不易對生物組織產生傷害。相比于傳統使用DWDM等技術進行有線光通信而言，太赫茲通信的能量效率更高。

（3）太赫茲通信傳輸的容量大

相對于微波通信而言，由于太赫茲波的頻段在108～1013Hz之間，比微波通信高出l～4個數量級，使得太赫茲波的傳輸信息量更大。同時，太赫茲通信與高階的編碼調制技術相結合，可進一步提升無線通信的傳輸容量，滿足大容量傳輸場景的通信要求。

（4）太赫茲波方向性好，保密程度高

由于太赫茲波束比微波更窄，且能夠有效地抑制背景輻射噪聲的影響，因此可以保證信息傳送精度的同時，使太赫茲通信滿足具有更好的保密性能。

（5）太赫茲通信更適合于短距離通信場景

由于強極性液體對太赫茲波有較強的吸收作用，因此太赫茲波在空氣中傳播時，水分子將對其造成傳送損耗，因此太赫茲通信更適合于短距離的通信。

3、太赫茲通信技術的應用

隨著各國研究機構對太赫茲技術的深入研究和突破，太赫茲波在空間通信、安全檢測、生物醫學和天文觀測等領域均具有重大的科學價值和廣闊的應用。

太赫茲波的主要應用領域如下：

（1）在空間通信方面

在空間通信方面，太赫茲波可以作為高速寬帶的通信載體。太赫茲波通信具有極高的方向性和穿透能力，因此適用于惡劣環境下的短距離保密通訊，也適用于高帶寬需求的衛星通信領域。國際通訊聯盟已經指定0.12和0.22THz兩個頻段分別用于下一代地面無線通信與衛星間通信。

（2）在安全檢測方面

在安全檢測方面，太赫茲波對很多非極性物質有很強的穿透能力，可以進行遠距離探測和高分辨率的成像。在軍事偵察、可疑危險品、有毒有害物品檢測等方面提供技術保證。

（3）在生物醫學方面

在生物醫學方面，太赫茲波易被極性分子吸收，光子能量低。因此，太赫茲波可以在生物醫學領域有眾多的應用場景提供新型的醫療手段，如醫療樣品的人體燒傷程度檢測，生物傳感探針治療等。

（4）在天文觀測方面

在天文觀測方面，太赫茲波波段比其他波段具有更低的背景噪聲，同時借助強極性液體對太赫茲波有

較強的吸收作用的特性，可以對宇宙中諸多物質進行探測。太赫茲波也被廣泛地應用于恒星形成、星系演化以及宇宙學等方面的研究領域中。

4、太赫茲通信的發展趨勢

太赫茲通信的技術研究方向主要有以下幾個方面：

（1）高功率的太赫茲源

目前，太赫茲通信系統的太赫茲源輸出功率通常偏低。太赫茲源的功率高低直接決定了太赫茲通信系統的傳輸距離和信息傳送質量。而且，在保證太赫茲源功率提高的同時，還必須考慮太赫茲源工作穩定性、安全性等方面的要求。

（2）調制技術和調制器件的研究

太赫茲通信系統的理論研究相對較多，實際應用的系統較少，且傳輸性能不高。研究和采用適合太赫茲通信傳輸的調制技術和調制器件，將大幅提高信號傳輸性能，使其應用場景更為廣泛。

（3）優化高靈敏的太赫茲探測技術

不同傳輸環境對太赫茲通信的探測技術存在不盡相同的影響，因此需進一步研究采用合適、高效的電子處理技術，提高太赫茲探測技術的靈敏度，進一步提高太赫茲通信系統的能力和優勢。