小神吹太赫兹是什么原理（太赫兹是什么？改变未来世界的十大技术之一）

小神吹太赫兹是什么原理（太赫兹是什么？改变未来世界的十大技术之一）

随着全球首部6G白皮书的发布，标志着6G的研究正在路上，这多少有些出乎意料。5G还没用，6G的研究瞬间就开始了。但这也是符合技术发展规律的。早在2009年4G LTE标准第一版完成时，各大设备厂商就开始研究5G，所以5G R15标准完成时，6G的研究也相应提上日程。

从6G白皮书和各国提出的方案来看，有一项技术是作为突破口的——太赫兹。太赫兹是什么？今天就来看看吧！

太赫兹其实是一个频率单位，1THz=1000GH，人们主要研究0.1 THz到10 THz之间的太赫兹。

太赫兹波又称远红外波，波长为0.03mm-3mm，比微波短。这个范围两边的微波和红外已经得到了广泛的应用，是最后一个还没有被人类充分认识和应用的波段电磁波。因此，这个波段被戏称为“太赫兹间隙”。

太赫兹是一个非常特殊的存在。从频谱上看，太赫兹波在整个电磁频谱中处于微波和红外波之间；从光学领域来说，太赫兹波被称为远红外线；从能量上来说，太赫兹波段的能量介于电子和光子之间。

由于其特殊性，具有频率高、脉冲短、穿透性强、能量低、对材料和人体损伤小等特点。太赫兹被评为“改变未来世界的十大技术”之一，经济学家认为太赫兹具有广阔的应用前景。

比如空之间的通信，太赫兹波可以作为高速通信载体。太赫兹波通信具有极高的指向性和穿透能力，适用于恶劣环境下的短距离保密，也适用于高带宽要求的卫星通信。国际电信联盟已经分别为下一代地面无线通信和卫星间通信指定了0.12和0.22THz频带。

太赫兹通信系统

在安全探测方面，太赫兹波对许多非极性物质具有很强的穿透能力，可用于远距离探测和高分辨率成像。不仅能检测金属，还能检测人体携带的非金属、胶体、粉末、陶瓷、液体等危险品，并能进行系统识别，在军事侦察、可疑危险品、有毒有害物品检测等方面提供技术保障。

在生物医学中，太赫兹频段可以直接探测生物分子的信息，这是其他电磁波段无法比拟的。因此可以检测食品中的非法食用油、蔬菜水果中的农药、奶粉中的三聚氰胺等。

食品的太赫兹探测

太赫兹波容易被水分子或氧分子等极性物质吸收，因此辐射不会穿透人体皮肤，对人体非常安全。同时，水和其他组织对太赫兹波的吸收率不同，因此可以广泛应用于人体的局部成像和疾病的医学诊断，如皮肤癌和乳腺癌的检测。

不久前，中科院重庆绿色智能技术研究院太赫兹技术研究中心表示，太赫兹波可以直接“看见”DNA、蛋白质等生物大分子，有助于癌症早期的防治。对于癌症患者来说，早期发现和诊断有助于癌症的根治。

当患者处于癌症早期时，虽然人体血液或体液中癌细胞的含量很少，但太赫兹波技术可以比传统检测技术早6个月左右。

中国工程物理研究院还在国际首个利用太赫兹技术诊治脑胶质瘤的研究成果中，获得了脑胶质瘤在太赫兹波段的折射率、吸收系数和介电常数，消除了水的影响，更好地反映了脑胶质瘤和正常脑组织的特性变化。进而给出了适用于不同成像方式(连续波成像和脉冲成像)的太赫兹频率范围和频点，可以有效指导胶质瘤的太赫兹成像，为太赫兹光谱和成像技术在胶质瘤诊断中的应用奠定了基础。在用于生物医学研究的太赫兹源方面，获得了峰值功率接近1MW的太赫兹脉冲辐射，提高了太赫兹生物医学诊断系统的信噪比。

可以说太赫兹技术在生物医学上有着非常广阔的前景。

而在通信方面，太赫兹一直被认为是6G的关键技术，是无线通信技术的未来。根据通信原理，频率越高，允许分配的带宽越大，单位时间内可以传输的数据量也就越大，也就是我们通常所说的“网速越快”。

如果真的能在6G时代成熟太赫兹技术，单就频率而言，6G的网速将是5G的10倍左右。此外，太赫兹具有微波通信和光波通信的优点，即传输速率高、容量大、方向性强、安全性高和穿透性强。

科学家还想在卫星上制作太赫兹，因为在外太空空，近似真空的状态下，不考虑湿气的影响，这将比现在的超宽带技术快几百倍到一千倍以上，并且可以实现一万以上的带宽。

这就是为什么各国都想在太赫兹技术上有所突破。一旦掌握了6G时代的主动权，就掌握了全球主导权。这就是为什么美国一直不高兴中国是5G的全球领导者。专利数据IPlytics公司发布了一份关于5G专利竞争情况的报告，报告指出，5G将促进数万种新产品、技术和服务的产生，并将提高生产力，创造新的产业。全球5G网络将统一移动通信，通过物联网(IoT)将一切连接在一起。5G技术可以将车辆、船舶、建筑、仪器、机器和其他物理对象与电子、软件、传感器和云连接起来。嵌入式5G技术将允许机器在物理世界中交换信息，并集成到基于计算机的系统中。近年来，3G和4G的专利权人控制了移动技术在智能手机行业的使用。所以5G的专利权人也可能通过在各地实现5G连接，成为技术和市场的主导者。

正是因为美国在5G上不领先，所以想在6G上赢回一局，所以研发太赫兹技术非常迫切。2019年，美国联邦通信委员会(FCC)一致投票同意为未来的6G网络服务开放“太赫兹”频谱，供创新者进行6G技术实验。

2005年，日本将太赫兹技术列为“国家支柱十大重点战略目标”之首，举国上下努力研发。

目前，日本在太赫兹技术的研究上已经处于世界领先水平，日本广岛大学在世界上率先基于CMOS低成本技术实现了300GHz频段的太赫兹通信。此外，日本在太赫兹等电子通信材料领域“世界独大”，几乎达到垄断地位，这是其发展6G的独特优势。

总之，太赫兹技术可以说有着广阔无限的前景。然而，由于太赫兹波源和太赫兹波探测技术的发展尚不成熟，目前太赫兹波段与传输控制相关的基础功能器件非常匮乏，这些器件是构建未来太赫兹应用技术框架必不可少的一部分。

此外，对于太赫兹来说，其对滤波器和探测器的严格要求也制约了其应用前景。

虽然这些领域的研究已经开展了20多年，但是与激光技术相比，太赫兹技术需要的许多关键器件仍然非常有限，许多技术仍然需要开发，甚至一些基础理论研究也亟待开展。

德国的固态物理研究所(IAF)、德国联邦物理技术研究所(PTB)、布伦瑞克大学、日本的NTT、贝尔实验室、多伦多大学、法国的IEMN以及美国的Asyrmatos通信系统公司等。在太赫兹技术的研究上投入了巨大的精力。

日本NTT公司的 120 GHz宽带无线通信系统

2017年，欧盟设立了由德国、希腊、芬兰、葡萄牙、英国等组成的多国TERRANOVA计划。，其中明确提出研发超高速太赫兹创新无线通信技术。

目前，太赫兹技术正逐步向更高速度、更高大气窗口频率、低功耗、小集成和实用化方向发展。迄今为止，太赫兹通信技术已经针对不同的应用场景形成了三种并行的发展趋势:基于微波光子学的光电组合、全固态混频器电子学和直接调制。

日本NTT公司开发的120 GHz通信系统实现了1000米距离的10 Gbps无线通信，并应用于2008年北京奥运会的节目转播。

我国在太赫兹技术的研究上也花了很大的力气。早在2016年，电子科技大学就在国际上率先研制出首个直接调制的太赫兹通信系统，并实现了千米级高清传输。该系统采用外部高速调制器直接调制空之间传输的太赫兹信号。与现有的太赫兹通信方式相比，这种调制方式具有灵活匹配中高功率太赫兹辐射源实现远距离通信的优势，有效突破了当前太赫兹通信系统中传输功率低的问题。目前，该系统已经实现了工作频率为0.34 THz千兆/秒的高清视频业务的数据传输。

所以，虽然目前太赫兹技术的应用还存在很多问题，但其广阔的前景也让科学家们想要彻底攻克。让我们拭目以待！

文/来源:胖福的小屋