两种以激光器为基础的太赫兹波产生方法（一种使用近红外分布反馈二极管激光器，另一种使用飞秒激光器）有望使太赫兹波在成像、光谱以及通信领域实现更广泛的应用。
在文艺复兴时期航海家的海图中，“terra incognita”一词用于表示超出已知范畴、尚未有记载的未知陆地。在现代科学中，太赫兹波段是电磁波谱中最后未被完全开发的领域。尽管太赫兹波技术的应用前景毋庸置疑，但它们在工业方面的应用才刚刚开始。最近人们在太赫兹辐射产生方面取得的进展，有望使太赫兹波开辟新的应用领域，特别是在成像、光谱以及通信方面。两种以激光器为基础的太赫兹波产生方法，有望最终填补目前的“太赫兹波空白”。
太赫兹波的应用
“太赫兹波”的频率范围是0.3~ 10THz，对应的波长为30μ～1mm。这个频段的电磁辐射具有独特的性质。太赫兹波能够穿透多种不透明的无定形物质，例如衣物、纸张或者塑料。这是由于太赫兹波的散射不如可见光以及近红外光那么显著，而散射的减小则意味着穿透深度的增加。但是，太赫兹辐射能被水分子强烈吸收，特别是液态水的吸收要强于水蒸汽的吸收，因此仅仅一片绿色植物的叶子就可以阻挡住太赫兹波。
过去的几年里，一些学术界和工业界的研究小组得到了品质优异的太赫兹波图像，例如藏在棉布后的陶瓷刀片、硬币的高分辨率三维透视图以及气囊的防护罩。[1]，[2]，[3] 然而太赫兹波图像通常是用“逐像素”扫描的方式生成的，因此总的采集时间至少要几十分钟。德国及其他国家正在集中精力开发多像素、实时太赫兹波像机。[4] 一种潜在的方法是采用“混合”的概念，即使用强电子源照射物体，然后结合相位敏感探测方案来实现三维成像。
太赫兹波的另一种颇具吸引力的应用是将太赫兹辐射成像及其光谱灵敏的优点相结合，在安防领域大显身手。许多化合物在0.5~5THz波段具有独特的吸收谱线。因此，包裹或信封内隐藏的爆炸物以及违禁药物不仅可以被精确定位，而且由于这些物品独特的光谱“指纹”，还能准确识别它们到底是什么。另外，其他有望从太赫兹成像光谱获益的应用还包括医药品的品质控制以及密封包装内的食品分析。
太赫兹波的另一个潜在应用是通信市场。更快的数据传输速率需要更高的载波频率。当然，这在技术上需要克服一些挑战，例如目前尚不存在合适的太赫兹波传输线，但人们正在设想使用100GHz及以上的自由空间信道（卫星通信，或无线下载高速视频等“热点”）。
太赫兹波的产生
由于产生强度高、方向性好的太赫兹光束较为困难，这使太赫兹波技术的广泛应用受到了限制。太赫兹波频率对应的热能等价于3～100K的温度范围，这将产生两个重要结果。第一，室温物体以及有机活体在某种程度上能够发出太赫兹辐射，这一特性已被用于无源太赫兹波成像（尽管需要复杂的探测器）；第二，有望直接发射太赫兹波的远红外量子级联（QC）二极管激光器必须抵消激光上能级的热致粒子数分布。因此，量子级联激光器通常在低温下工作，并且发射频率不会低于2THz（尽管已经有室温量子级联激光器，但它们的发射频率通常高达35~70THz）。
|
