太赫茲輻射

太赫茲輻射

太赫茲輻射是指頻率從0.1太赫茲到10太赫茲,波長介於毫米波與紅外線之間的電磁輻射區域。一太赫茲等於一萬億赫茲。電磁輻射區域,所產生的T射線在物體成象、醫療診斷、環境檢測、通訊等方面具有廣闊的套用前景。

概述

太赫茲輻射被大氣層強烈的吸收,限制了通信距離。 這個圖包含了太赫茲頻譜的低頻部分,從 0.3 到 1 THz。太赫茲輻射被大氣層強烈的吸收,限制了通信距離。 這個圖包含了太赫茲頻譜的低頻部分,從 0.3 到 1 THz。

太赫茲TeraHertz,THz)是波動頻率單位之一,又稱為太赫,或太拉赫茲波動頻率的基本單位是赫茲,采千進位制,1太赫茲等於1012 赫茲,也就是1000吉赫茲。

THz波(太赫茲波)包含了頻率為0.3到3THz的電磁波。該術語適用於電磁輻射毫米波波段的高頻邊緣之間的頻率,300gigahertz(3×1011 Hz),和低頻率的遠紅外光帶邊緣,3000GHz(3×1012Hz)。對應的波長的輻射在該頻帶範圍從1mm到0.1mm(或100μm)。

目前,國際上對太赫茲輻射已達成如下共識,即太赫茲是一種新的、有很多獨特優點的輻射源;太赫茲技術是一個非常重要的交叉前沿領域,給技術創新、國民經濟發展和國家安全提供了一個非常誘人的機遇。它之所以能夠引起人們廣泛的關注、有如此之多的套用,首先是因為物質的太赫茲光譜(包括透射譜和反射譜)包含著非常豐富的物理和化學信息,所以研究物質在該波段的光譜對於物質結構的探索具有重要意義;其次是因為太赫茲脈衝光源與傳統光源相比具有很多獨特的性質。

研究歷史

這個圖補充上圖,顯示大氣層傳輸太赫茲頻譜的高頻部分,從 1 到 3 THz。 這個圖補充上圖,顯示大氣層傳輸太赫茲頻譜的高頻部分,從 1 到 3 THz。

THz波(太赫茲波)或稱為THz射線(太赫茲射線)是從20世紀80年代中後期,才被正式命名的,在此以前科學家們將統稱為遠紅外射線。太赫茲波是指頻率在0.1THz到10THz範圍的電磁波,波長大概在0.03到3mm範圍,介於微波與紅外之間。

實際上,早在一百年前,就有科學工作者涉及過這一波段。在1896年和1897年,Rubens和Nichols就涉及到這一波段,紅外光譜到達9um(0.009mm)和20um(0.02mm),之後又有到達50um的記載。之後的近百年時間,遠紅外技術取得了許多成果,並且已經產業化。但是涉及太赫茲波段的研究結果和數據非常少,主要是受到有效太赫茲產生源和靈敏探測器的限制,因此這一波段也被稱為THz間隙。隨著80年代一系列新技術、新材料的發展,特別是超快技術的發展,使得獲得寬頻穩定的脈衝THz源成為一種準常規技術,THz技術得以迅速發展,並在實際範圍內掀起一股THz研究熱潮。

產生源

自然產生源

太赫茲輻射的發射從任何大於約10開爾文(kelvin)的溫度下的黑體輻射的一部分。

人工產生源

在2012年,幾種太赫茲輻射的產生源有:
• theen:gyrotron
• theen:backward wave oscillator (“BWO”)
• theen:far infrared laser (“FIRlaser”)
• en:quantum cascade laser
自由電子雷射(FEL)
同步輻射光源
• en:photomixingsources
• single-cyclesourcesusedinterahertztimedomainspectroscopysuchasphotoconductive,surfacefield,en:photo-Demberandopticalrectificationemitters.

套用

• 醫學成像
• 安全檢查
• 科學使用和成像
• 通信
• 製造

無線數據通信記錄

在2012年5月,從日本東京工業大學的研究人員的一個團隊發表在en:Electronics Letters使用T-射線的無線數據傳輸已創下新的紀錄,並建議在未來它們被用來作為數據傳輸的頻寬。該團隊的概念驗證裝置使用的諧振隧穿二極體(en:resonant tunneling diode,RTD),其中的電壓下降的電流增加,造成二極體“共振”,並產生在太赫茲波段的波。使用該RTD,研究人員傳送出542GHz的信號,得到的數據傳輸速率是每秒3千兆位(Gigabits)。該演示比目前的Wi-Fi標準的快20倍的速度,和比此前的11月份的數據傳輸設定的記錄快一倍。太赫茲Wi-Fi可能僅能在大約10米(33英尺)範圍內工作,但“理論上”數據傳輸速度可以高達100Gbit/s。

可瞬間燒開水

“太赫茲輻射”可瞬間燒開水 “太赫茲輻射”可瞬間燒開水

2013年12月,德國研究人員利用超級計算機計算發現,利用強烈的太赫茲輻射,可實現在不到萬億分之一秒內瞬間將微量水燒開。德國電子同步加速器研究所報告說,強烈的太赫茲輻射可引發水分子劇烈震動,打斷水分子間的氫鍵。這種方法可將約一納升(十億分之一升)水在半皮秒(一皮秒為一萬億分之一秒)內加熱至600攝氏度。

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