太赫茲技術(shù)和產(chǎn)品簡介tg

1、太赫茲技術(shù)和初步TG 201401THz是國際電子與信息領(lǐng)域科學問題 所有大的轉(zhuǎn)動和振動頻率THz Gap頻率：0.1THz 10 THz（ 3 mm 0.03 mm )在電子、信息生命國防航天等方面蘊含著巨大應(yīng)用前景.宏觀電子學向微觀光子學過渡的頻段2THz輻射的特點Ø 能量：約50%的宇宙空間光子能量，大量星際譜線在THz范圍。的特征Ø 特征：大量有機轉(zhuǎn)動和振動躍遷、半導(dǎo)體的子帶和微帶能量在THz范圍，可用于“”識別和結(jié)構(gòu)表征。Ø 安全性：THz光子能量小，適合于生物醫(yī)學成像。引起生物組織的光離化，Ø 穿透性：THz輻射能穿透非金屬和非極性材料，如紡

2、織品、紙板、木料等包裝物。能穿透煙霧和浮塵。受各國的支持與重視的先進科學美國LLNL, LBNL, SLAC, JPL, BNL, NRL, ALS, ORNL,Bell、IBMDOE改變未來世界的十大技術(shù)（2004）DARPA國防重點科學（2006）。4標志性成果-0.225THz-機載機構(gòu)和公司q 受各國的支持與重視的歐洲科學主題(續(xù))THz-BridgeTeravisionNanoTeraWANTED 標志性成果- THz遠距離檢測系統(tǒng)（ 2006年項目）THz輻射成像（2004-2008） 生物學研究（2004-2009）THz空間天文學（2005-2010）THz遙感（2005-20

3、12）光子帶隙材料（2004-2009）微機械探測器（2006-2015）q 受各國的支持與重視的亞洲科學主題(續(xù))ØØØ未來十項支柱技術(shù)首位&歐美ALMA計劃，10億（20052012）和，韓國，地區(qū)的重要大學、合作建設(shè)全球最大射電天文亞毫米波ALMA想象圖陣(每年開展到研討會，受的高度重視) 標志性成果-1.5公里THz無線通信演示系統(tǒng)（2006年） 內(nèi)重點開發(fā)的“支柱技術(shù)十大重點戰(zhàn)略目標”之 首，并列入從2006年開始到2010年結(jié)束的第 三期科學技術(shù)基本計劃予以支持。72005年元月也把太赫茲技術(shù)確立為今后十年THz研究地理分布 生物醫(yī)學Spitz

4、er Space Telescope (0.85m, 3-180um, lunched in 2003)天文宇宙安全檢測太赫茲應(yīng)用ALMA通信環(huán)境監(jiān)測太赫茲波應(yīng)用 需求的牽引為什么要研究THz ? 搶占太赫茲頻率-人類共享（頻率：0.1THz 10 THz， 0.03 mm 3 mm)11空間運動目標的偵察識別致盲對抗無線通信和輯毒的工具生物醫(yī)學和探測成像的獨特Ø 新一代IT產(chǎn)業(yè)、通信及技術(shù)的基礎(chǔ)Ø在中的應(yīng)用研究的必要性+需求牽引=極大科學意義和應(yīng)用價值12科技發(fā)展中的重要需求應(yīng)用:公共安全-需求吸毒114萬北京2.6萬4.03.53.02.52.01.51.00.50.0

5、5e432100.51.01.52.02.53.00.51.01.52.02.53.013Frequency (THz)Frequency (THz)Absorbance (a.u.)Absorbance (a.u.)THz輻射有望成為一種新的公共安全 技術(shù)要害部門、場所安全重點類THz譜THz用于對抗生物活動THz Applications in Anti-Terrorism“炭疽熱”粉末被放入信封中“炭疽熱” 粉末成像Ø通過測定“炭疽熱”粉末對THz電磁波的吸收，可以得到“炭疽熱”粉末成像。為了準確地辨別，需要對樣品的THz 響應(yīng)進行全面的分析物質(zhì)之所以對THz波具有獨特的響應(yīng)和

6、顯征，主要因Ø吸收譜落在THz頻段內(nèi)。為一些14機場安檢操作過程金屬、非金屬類的品探測用X射線檢測車輛密封的包裹腰帶扣糖果太赫茲成像Spectra皮膚攜帶人的太赫茲圖像太赫茲成像用太赫茲檢測人THz在國土安全檢測方面的應(yīng)用、物和其他物品及環(huán)境監(jiān)測 識別方法（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析等）光譜探測 理論模擬（ VASP、Wien2K 和Phonon）成像探測 相干成像的相關(guān)識別 頻域成像與相位成像成像與光譜相結(jié)合16應(yīng)用(3):無損檢測（NDT）航天17Capital Normal UniversityNASA Panel #75 with Artificial Defects0.2 太赫茲成像Ma

7、p預(yù)埋29個缺陷，28個被探測出紅色圓圈表示一個缺陷點應(yīng)用:空間、環(huán)境探測2004/8/3,18km byMLS onAura-需求宇宙和演化地球環(huán)境監(jiān)測航天器材料無損檢測大氣THz微量變化 vs 全球氣候變暖Ivison. 2000THz觀測更遙遠星系（等值圖：19THz;：光學）沙塵暴海上的濃霧濃煙優(yōu)點：（1）全天候能力；（2）標隱蔽能力強；（3） 抗背景雜波干擾能力強；（4） 特別的穿透探測和識別能力；20（5）可實現(xiàn)三維成像。全天候2004年美國國防部DARPA正投入大量的資金，研制THz成像陣列技術(shù)，并最終研制出便攜式、遠距離THz成像。軍事應(yīng)用前景巡邏安全掃描,可及時發(fā)現(xiàn)人群中攜帶

8、危險的。軍事中,探測藏匿處的21Capital Normal University軍事應(yīng)用前景THz成像可以顯示前方灰塵或煙霧中的。22Capital Normal UniversityØ 帶寬很寬 (0.1-10T)Hz基于焦平面陣列成像技術(shù)的23遠距離示意圖THz波具有非常寬的頻譜，可工作在目前隱身技術(shù)所能對抗的波段之外， 因此它能探測隱身目標，以其作為輻射源的超寬帶 能夠獲得隱身飛機的圖像。24 遠距離成像（） THz 寬帶反隱身技術(shù) THz遠距離相應(yīng)的散射問題 THz過程中的相位相干性問題 圖像分辨率問題等等 多光譜成像（高光譜及超光譜成像） THz頻段的選擇 相干的多光譜成

9、像所涉及的問題 高光譜及超高光譜的嘗試 三維成像（立體信息）THz在生物醫(yī)學方面的應(yīng)用生產(chǎn)THz蛋白質(zhì)等生物大無標志識別 生物大的光譜識別和成像識別光譜學與生物學問題有 譜庫建立的方法學醫(yī)學成像 病變細胞的識別及早期診斷 皮膚癌、THz層析成像 層析成像的重建算法及其有關(guān)問題 對象建模與成像技術(shù)的結(jié)合成像與光譜相結(jié)合的診斷及預(yù)防26Ø 生物信息等中的 應(yīng)用：提供關(guān)于物質(zhì)的 物理、化學及生物成分、波譜特性、量子 互作用過程等重要信息科技發(fā)展的重要技術(shù)牽引 微帶能量在THz范圍，可用于“”識別和結(jié)構(gòu)表征。Ø 特征：大量有機轉(zhuǎn)動和振動躍遷、半導(dǎo)體的子帶和TeraView0.20.

10、5THz50nm 含瘤肝樣品的光學圖像與THz成像 28健康組織轉(zhuǎn)移瘤石臘生物醫(yī)學成像Ø 安全性：THz光子能量小，引起生物組織的光離化，適合于生物醫(yī)學成像。Distinguishing Anhydrous & Hydrated Drugs29分析應(yīng)用生產(chǎn)質(zhì)量天文觀測NASA的Aura上載有歐洲遙感(ERS)上ATSR南極天文望遠鏡裝有OPTL激光器作為THz觀測的海面溫度圖 (Feb. 2002)一個2.4THz的激光器用以測量同溫層內(nèi)OH-的濃度和分布的本地振蕩器用 以測量N2 +,H2D+和CO 宇宙背景輻射 星際,星系際大氣特征譜 行星和小星體的大氣動力學30Aura

11、上MLS 測量地球的水汽分布大型THz天文計劃-1ground-based interferometersSMA計劃（0.2-0.9THz，Mauna Kea/Hawaii）國際上目前唯一在運行亞毫米波陣ALMA-ACA, 68x12m+12x7m antennas大型THz天文計劃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大型亞THz天文計劃-南極最好的地面亞毫米波站址South pole: 2300 m Dome A: > 4000 m Dome C: 3250m33HEAT: High Elevation Antarctic Terahertz Telescope, 0.8, 1.4 & 1.9 THz THz通信的適用領(lǐng)域 THz通信特點 間星際通信 同溫層內(nèi)空對空通信 短程地面無線局域網(wǎng) 短程安全大氣通信 發(fā)展THz通信理論 大氣不透明

13、 帶寬寬 天線小 定向性好 安全性高 散射小THz在面的應(yīng)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通信幾個研究計劃美國航空航天局(NASA)和美國科學研究辦公室實驗室(AFOSR)。(AFRL)的傳感器研究部研究成像、用的緊湊創(chuàng)新的SiGe基THz源和探測器。空通信和軍的另一應(yīng)用為安全短距離大氣通信。歐盟第五框架計劃資助的WANTED工程(Wireless Area Networking of Terahertz Emitters and Detectors)歐盟第五

15、框架計劃資助的NanoTera工程(Ballistic Nanodevices For Terahertz DataProcessing )36(Source: Hideo Kuwahara FUJITSU LABORATORIES)從公眾基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)發(fā)展到個人為中心的個域網(wǎng)靈活、安全、寬帶、移動網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的演進 國際標準化組織IEEE頒布的無線接入標準無線局域網(wǎng)從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進和業(yè)務(wù)需求看，都需要開發(fā) 10Gb/s速率， 100GHz頻段太赫茲并不遙遠!技術(shù)標準名稱速率頻段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)無線個域網(wǎng)標準名稱速率頻段IEEE 802.11b11 Mbps2400 - 2483.5 MHzIEEE 802.11g54 Mbps2400 - 2483.5 MHzIEEE 802.11a54 Mbps5150 - 5350 MHz, 5470 - 5725