太赫兹技术和产品简介tg

1、太赫兹技术和初步TG 201401THz是国际电子与信息领域科学问题 所有大的转动和振动频率THz Gap频率：0.1THz 10 THz（ 3 mm 0.03 mm )在电子、信息生命国防航天等方面蕴含着巨大应用前景.宏观电子学向微观光子学过渡的频段2THz辐射的特点Ø 能量：约50%的宇宙空间光子能量，大量星际谱线在THz范围。的特征Ø 特征：大量有机转动和振动跃迁、半导体的子带和微带能量在THz范围，可用于“”识别和结构表征。Ø 安全性：THz光子能量小，适合于生物医学成像。引起生物组织的光离化，Ø 穿透性：THz辐射能穿透非金属和非极性材料，如纺

2、织品、纸板、木料等包装物。能穿透烟雾和浮尘。受各国的支持与重视的先进科学美国LLNL, LBNL, SLAC, JPL, BNL, NRL, ALS, ORNL,Bell、IBMDOE改变未来世界的十大技术（2004）DARPA国防重点科学（2006）。4标志性成果-0.225THz-机载机构和公司q 受各国的支持与重视的欧洲科学主题(续)THz-BridgeTeravisionNanoTeraWANTED 标志性成果- THz远距离检测系统（ 2006年项目）THz辐射成像（2004-2008） 生物学研究（2004-2009）THz空间天文学（2005-2010）THz遥感（2005-20

3、12）光子带隙材料（2004-2009）微机械探测器（2006-2015）q 受各国的支持与重视的亚洲科学主题(续)ØØØ未来十项支柱技术首位&欧美ALMA计划，10亿（20052012）和，韩国，地区的重要大学、合作建设全球最大射电天文亚毫米波ALMA想象图阵(每年开展到研讨会，受的高度重视) 标志性成果-1.5公里THz无线通信演示系统（2006年） 内重点开发的“支柱技术十大重点战略目标”之 首，并列入从2006年开始到2010年结束的第 三期科学技术基本计划予以支持。72005年元月也把太赫兹技术确立为今后十年THz研究地理分布 生物医学Spitz

4、er Space Telescope (0.85m, 3-180um, lunched in 2003)天文宇宙安全检测太赫兹应用ALMA通信环境监测太赫兹波应用 需求的牵引为什么要研究THz ? 抢占太赫兹频率-人类共享（频率：0.1THz 10 THz， 0.03 mm 3 mm)11空间运动目标的侦察识别致盲对抗无线通信和辑毒的工具生物医学和探测成像的独特Ø 新一代IT产业、通信及技术的基础Ø在中的应用研究的必要性+需求牵引=极大科学意义和应用价值12科技发展中的重要需求应用:公共安全-需求吸毒114万北京2.6万4.03.53.02.52.01.51.00.50.0

5、5e432100.51.01.52.02.53.00.51.01.52.02.53.013Frequency (THz)Frequency (THz)Absorbance (a.u.)Absorbance (a.u.)THz辐射有望成为一种新的公共安全 技术要害部门、场所安全重点类THz谱THz用于对抗生物活动THz Applications in Anti-Terrorism“炭疽热”粉末被放入信封中“炭疽热” 粉末成像Ø通过测定“炭疽热”粉末对THz电磁波的吸收，可以得到“炭疽热”粉末成像。为了准确地辨别，需要对样品的THz 响应进行全面的分析物质之所以对THz波具有独特的响应和

6、显征，主要因Ø吸收谱落在THz频段内。为一些14机场安检操作过程金属、非金属类的品探测用X射线检测车辆密封的包裹腰带扣糖果太赫兹成像Spectra皮肤携带人的太赫兹图像太赫兹成像用太赫兹检测人THz在国土安全检测方面的应用、物和其他物品及环境监测 识别方法（神经网络分析等）光谱探测 理论模拟（ VASP、Wien2K 和Phonon）成像探测 相干成像的相关识别 频域成像与相位成像成像与光谱相结合16应用(3):无损检测（NDT）航天17Capital Normal UniversityNASA Panel #75 with Artificial Defects0.2 太赫兹成像Ma

7、p预埋29个缺陷，28个被探测出红色圆圈表示一个缺陷点应用:空间、环境探测2004/8/3,18km byMLS onAura-需求宇宙和演化地球环境监测航天器材料无损检测大气THz微量变化 vs 全球气候变暖Ivison. 2000THz观测更遥远星系（等值图：19THz;：光学）沙尘暴海上的浓雾浓烟优点：（1）全天候能力；（2）标隐蔽能力强；（3） 抗背景杂波干扰能力强；（4） 特别的穿透探测和识别能力；20（5）可实现三维成像。全天候2004年美国国防部DARPA正投入大量的资金，研制THz成像阵列技术，并最终研制出便携式、远距离THz成像。军事应用前景巡逻安全扫描,可及时发现人群中携带

8、危险的。军事中,探测藏匿处的21Capital Normal University军事应用前景THz成像可以显示前方灰尘或烟雾中的。22Capital Normal UniversityØ 带宽很宽 (0.1-10T)Hz基于焦平面阵列成像技术的23远距离示意图THz波具有非常宽的频谱，可工作在目前隐身技术所能对抗的波段之外， 因此它能探测隐身目标，以其作为辐射源的超宽带 能够获得隐身飞机的图像。24 远距离成像（） THz 宽带反隐身技术 THz远距离相应的散射问题 THz过程中的相位相干性问题 图像分辨率问题等等 多光谱成像（高光谱及超光谱成像） THz频段的选择 相干的多光谱成

9、像所涉及的问题 高光谱及超高光谱的尝试 三维成像（立体信息）THz在生物医学方面的应用生产THz蛋白质等生物大无标志识别 生物大的光谱识别和成像识别光谱学与生物学问题有 谱库建立的方法学医学成像 病变细胞的识别及早期诊断 皮肤癌、THz层析成像 层析成像的重建算法及其有关问题 对象建模与成像技术的结合成像与光谱相结合的诊断及预防26Ø 生物信息等中的 应用：提供关于物质的 物理、化学及生物成分、波谱特性、量子 互作用过程等重要信息科技发展的重要技术牵引 微带能量在THz范围，可用于“”识别和结构表征。Ø 特征：大量有机转动和振动跃迁、半导体的子带和TeraView0.20.

10、5THz50nm 含瘤肝样品的光学图像与THz成像 28健康组织转移瘤石腊生物医学成像Ø 安全性：THz光子能量小，引起生物组织的光离化，适合于生物医学成像。Distinguishing Anhydrous & Hydrated Drugs29分析应用生产质量天文观测NASA的Aura上载有欧洲遥感(ERS)上ATSR南极天文望远镜装有OPTL激光器作为THz观测的海面温度图 (Feb. 2002)一个2.4THz的激光器用以测量同温层内OH-的浓度和分布的本地振荡器用 以测量N2 +,H2D+和CO 宇宙背景辐射 星际,星系际大气特征谱 行星和小星体的大气动力学30Aura

11、上MLS 测量地球的水汽分布大型THz天文计划-1ground-based interferometersSMA计划（0.2-0.9THz，Mauna Kea/Hawaii）国际上目前唯一在运行亚毫米波阵ALMA-ACA, 68x12m+12x7m antennas大型THz天文计划air- & space-borne single dishesSOFIA (US-German, 2.5m, 0.3-665um, 2006)Spitzer Space Telescope (0.85m,3-180um, lunched in 2003)5K, 10m, 20um-1mm, 2015-20

12、20Herschel Space Telescope (3.5m, 0.48-1.91THz,lunch in 2007)Fiery First Stars大型亚THz天文计划-南极最好的地面亚毫米波站址South pole: 2300 m Dome A: > 4000 m Dome C: 3250m33HEAT: High Elevation Antarctic Terahertz Telescope, 0.8, 1.4 & 1.9 THz THz通信的适用领域 THz通信特点 间星际通信 同温层内空对空通信 短程地面无线局域网 短程安全大气通信 发展THz通信理论 大气不透明

13、 带宽宽 天线小 定向性好 安全性高 散射小THz在面的应用 The photographs of the transmitter front end and its setup for the field trial Sub-THz operation: 120GHz Long distance:>1km High output power: 10dBm High channel capacity: 6-channel uncompressed HDTV signalThe first THz communication in the world!The achievement of

14、the wireless sub-THz communication (Japan, NTT Corporation, NTT Micro-system Integration Laboratories 2005,8) THz通信几个研究计划美国航空航天局(NASA)和美国科学研究办公室实验室(AFOSR)。(AFRL)的传感器研究部研究成像、用的紧凑创新的SiGe基THz源和探测器。空通信和军的另一应用为安全短距离大气通信。欧盟第五框架计划资助的WANTED工程(Wireless Area Networking of Terahertz Emitters and Detectors)欧盟第五

15、框架计划资助的NanoTera工程(Ballistic Nanodevices For Terahertz DataProcessing )36(Source: Hideo Kuwahara FUJITSU LABORATORIES)从公众基础结构网发展到个人为中心的个域网灵活、安全、宽带、移动网络基础结构的演进 国际标准化组织IEEE颁布的无线接入标准无线局域网从网络结构演进和业务需求看，都需要开发 10Gb/s速率， 100GHz频段太赫兹并不遥远!技术标准名称速率频段BluetoothIEEE 802.15.1a1 Mbps2400 - 2483.5 MHzHigh-rate WPANs

16、IEEE 802.15.3arealized 500 Mbps planned 1.3 Gbps several metersUWB based, 3.1-10.6GHzHigh data rateWPANsIEEE 802.15.3cplanned 2 Gbps several metersmm-Wave, 60 GHzband (57-64 GHz)无线个域网标准名称速率频段IEEE 802.11b11 Mbps2400 - 2483.5 MHzIEEE 802.11g54 Mbps2400 - 2483.5 MHzIEEE 802.11a54 Mbps5150 - 5350 MHz, 5470 - 5725