安保利器：太赫茲的技術應用

安保利器：太赫茲的技術應用

文/李青

太赫茲是新一代產業的科學技術基礎。太赫茲科學綜合了電子學與光子學的特色，是典型的交叉前沿科學領域，蘊含著原創性重大機理和方法并亟待突破，具有重大的科學意義。

太赫茲波具有較強的穿透能力。與可見光、X射線、電子束、中紅外、近紅外和超聲波等廣泛應用于醫學診斷、材料分析以及工業生產領域中的成像信號源相比，太赫茲波因其在電磁波譜中所處的特殊位置，使其對很多介電材料和非極性的液體具有良好的穿透性，因此太赫茲波的一個很有吸引力的前景就是，作為X射線成像和超聲波成像等技術的補充，用于生物醫學成像、安全檢查或者無損探傷。

電磁波譜最后的“處女”地

太赫茲應用面非常廣泛，可以用于生命科學、材料科學、天文學、大氣與環境監測、通訊、反恐、國家安全等多個重要領域。太赫茲無線通信可以承載更大的信息量，解決目前信息傳輸受制于帶寬的問題，是目前所知的滿足大數據無線傳輸速率通信要求的唯一通信手段。

可以說，太赫茲是電磁波譜最后的“處女”地，具有獨特的優越性及極重要的應用，是新一代產業的科學技術基礎。太赫茲科學綜合了電子學與光子學的特色，是典型的交叉前沿科學領域，蘊含著原創性重大機理和方法并亟待突破，具有重大的科學意義。

今年初，科技部公布了“國家重點基礎研究發展計劃2014年項目清單”。其中，“新型太赫茲源、接收器和其它關鍵功能器件及其應用”項目獲批。這個項目面向太赫茲安檢和無損探測等國家安全和經濟發展的重大需求，在已有創新研究的基礎上，探索“電子和光子與太赫茲波段能量耦合轉換效率的提高機理”、“太赫茲波段能量損耗和補償機理”、“太赫茲器件的微納制備工藝和性能表征技術”等關鍵科學和技術問題。

根據這些關鍵科學問題，該項目將在以下四個方面開展研究：1、基于電子注激發機制、光泵浦寬帶可調諧產生太赫茲技術、半導體量子級聯激光產生高功率太赫茲源的研究；2、高靈敏太赫茲接收器的檢測、量子噪聲機理和新器件的研究；3、高速低損耗調控機理和高性能關鍵功能器件研究；4、主動式太赫茲高分辨成像系統及其應用基礎研究。

這個項目的目標是最終研制出具有自主知識產權的高分辨率、快速主動太赫茲成像系統，同時提升中國太赫茲基礎研究的整體水平，以引領中國在該領域的研究和發展，形成高水平的研究隊伍和研究基地。

其中，太赫茲時域光譜技術是國際上近年來發展起來的研究技術。它利用物質對太赫茲頻帶的不同特征吸收譜，分析研究物質成分、結構及其相互作用關系。通常有機分子內化學鍵的振動吸收頻率主要在普通紅外波段 ,但對于分子之間弱的相互作用 (如氫鍵)及大分子的骨架振動(構型彎曲)、偶極子的旋轉和震動躍遷以及晶體中晶格的低頻振動吸收頻率，則對應于太赫茲紅外波段范 圍。

這些振動所反映的分子結構及相關環境信息，都在太赫茲波段內不同吸收位置及吸收強度上有明顯的響應，有機分子的這些光譜特征，使得利用太赫茲時域光譜技術鑒別化合物結構、構型與環境狀態成為可能。

太赫茲在工業領域應用用日趨頻繁，尤其是工業企業里的無損傷探傷等領域，不過太赫茲更廣泛的應用還需要加強研發和政府的有力推進。

“防暴恐”作用非凡

太赫茲除了在工業領域應用非常廣泛外，在“防暴恐”具有非常顯著的作用。在第九屆中國國際國防電子展覽會上，中國首臺太赫茲安檢儀亮相。這臺技術可以媲美歐美的“防暴恐”利器，由中國電科第38所研制，打破了國外技術壟斷，填補了中國太赫茲民用領域的空白，也是航天技術應用于民品的又一典型案例。

那么太赫茲安檢可以做到什么？無輻射，非接觸，1秒鐘就可以完成人體安檢，這對于中國乃至世界防暴恐形勢愈發嚴峻的現下，意義重大。預計到2015年，國產太赫茲人體安檢儀將在中國機場、車站、體育館等公共場所廣泛投用。

據了解，太赫茲安檢儀掃描一下就能完成整個人體安檢，人均約1秒，是傳統安檢儀效率的5倍以上。當人體所穿衣物中隱藏有物品時，該區域輻射出的太赫茲波即被阻攔，并在“快照”中產生與其他身體部位不一致的陰影，從而探知隱藏物品的所在位置。

因此，太赫茲人體安檢儀和傳統人體安檢手段相比具有四大特點：一是更安全，太赫茲安檢儀不同于傳統安檢儀主動發射探測，采用被動探測發射，設備不存在任何的電離或電磁輻射，對被檢測人員絕對安全；二是更可靠，太赫茲安檢儀不僅可以探測到金屬物質，還可以探測到諸如陶瓷刀具、毒品粉末、液態炸藥、膠體炸彈等非金屬危險物質；三是更文明，設備檢測方式為非接觸式檢查，充分保護被檢人員個人隱私；四是更高效，設備每小時可檢測通過500人，是傳統人工檢測的5倍。

此前，太赫茲人體安檢儀只有歐美等發達國家完全掌握核心技術，并已處于市場壟斷地位。此次研究院技術團隊用3年時間，經過強力技術攻關，打破了歐美等發達國家的技術壟斷。目前，國際上太赫茲技術還處于研發階段，若該儀器通過了市場檢驗，其將推動中國安檢領域的科技進步，同時也為中國的“反暴恐”安全工作提供了強有力的保障。

據了解，太赫茲是一種波長介于紅外線與微波之間的電磁波，具有很強的穿透性，可以由人體產生并向外輻射。在城市及反恐作戰中，借助太赫茲特有的“穿墻術”，可以對“墻后”物體進行三維立體成像，探測隱蔽的武器、偽裝埋伏的武裝人員和顯示沙塵或煙霧中的坦克、火炮等裝備。

另外，太赫茲成像技術在塑料兇器、陶瓷手槍、塑膠炸彈、流體炸藥和人體炸彈的檢測和識別上，更是“明察秋毫”。與耗資較高、作用距離較短、無法識別具體爆炸物的X射線掃描儀相比，太赫茲成像具有獨特優勢，目前已經初步應用于檢查郵件、識別炸藥及無損探傷等安全領域。

經過不懈的努力，中國力量已經在太赫茲科學技術這一“真空地帶”有所建樹，并將在這場世界科技競賽中獲得屬于中國自己的主動權。

（作者系科技媒體人）