安保利器：太赫兹的技术应用

安保利器：太赫兹的技术应用

文/李青

太赫兹是新一代产业的科学技术基础。太赫兹科学综合了电子学与光子学的特色，是典型的交叉前沿科学领域，蕴含着原创性重大机理和方法并亟待突破，具有重大的科学意义。

太赫兹波具有较强的穿透能力。与可见光、X射线、电子束、中红外、近红外和超声波等广泛应用于医学诊断、材料分析以及工业生产领域中的成像信号源相比，太赫兹波因其在电磁波谱中所处的特殊位置，使其对很多介电材料和非极性的液体具有良好的穿透性，因此太赫兹波的一个很有吸引力的前景就是，作为X射线成像和超声波成像等技术的补充，用于生物医学成像、安全检查或者无损探伤。

电磁波谱最后的“处女”地

太赫兹应用面非常广泛，可以用于生命科学、材料科学、天文学、大气与环境监测、通讯、反恐、国家安全等多个重要领域。太赫兹无线通信可以承载更大的信息量，解决目前信息传输受制于带宽的问题，是目前所知的满足大数据无线传输速率通信要求的唯一通信手段。

可以说，太赫兹是电磁波谱最后的“处女”地，具有独特的优越性及极重要的应用，是新一代产业的科学技术基础。太赫兹科学综合了电子学与光子学的特色，是典型的交叉前沿科学领域，蕴含着原创性重大机理和方法并亟待突破，具有重大的科学意义。

今年初，科技部公布了“国家重点基础研究发展计划2014年项目清单”。其中，“新型太赫兹源、接收器和其它关键功能器件及其应用”项目获批。这个项目面向太赫兹安检和无损探测等国家安全和经济发展的重大需求，在已有创新研究的基础上，探索“电子和光子与太赫兹波段能量耦合转换效率的提高机理”、“太赫兹波段能量损耗和补偿机理”、“太赫兹器件的微纳制备工艺和性能表征技术”等关键科学和技术问题。

根据这些关键科学问题，该项目将在以下四个方面开展研究：1、基于电子注激发机制、光泵浦宽带可调谐产生太赫兹技术、半导体量子级联激光产生高功率太赫兹源的研究；2、高灵敏太赫兹接收器的检测、量子噪声机理和新器件的研究；3、高速低损耗调控机理和高性能关键功能器件研究；4、主动式太赫兹高分辨成像系统及其应用基础研究。

这个项目的目标是最终研制出具有自主知识产权的高分辨率、快速主动太赫兹成像系统，同时提升中国太赫兹基础研究的整体水平，以引领中国在该领域的研究和发展，形成高水平的研究队伍和研究基地。

其中，太赫兹时域光谱技术是国际上近年来发展起来的研究技术。它利用物质对太赫兹频带的不同特征吸收谱，分析研究物质成分、结构及其相互作用关系。通常有机分子内化学键的振动吸收频率主要在普通红外波段 ,但对于分子之间弱的相互作用 (如氢键)及大分子的骨架振动(构型弯曲)、偶极子的旋转和震动跃迁以及晶体中晶格的低频振动吸收频率，则对应于太赫兹红外波段范 围。

这些振动所反映的分子结构及相关环境信息，都在太赫兹波段内不同吸收位置及吸收强度上有明显的响应，有机分子的这些光谱特征，使得利用太赫兹时域光谱技术鉴别化合物结构、构型与环境状态成为可能。

太赫兹在工业领域应用用日趋频繁，尤其是工业企业里的无损伤探伤等领域，不过太赫兹更广泛的应用还需要加强研发和政府的有力推进。

“防暴恐”作用非凡

太赫兹除了在工业领域应用非常广泛外，在“防暴恐”具有非常显著的作用。在第九届中国国际国防电子展览会上，中国首台太赫兹安检仪亮相。这台技术可以媲美欧美的“防暴恐”利器，由中国电科第38所研制，打破了国外技术垄断，填补了中国太赫兹民用领域的空白，也是航天技术应用于民品的又一典型案例。

那么太赫兹安检可以做到什么？无辐射，非接触，1秒钟就可以完成人体安检，这对于中国乃至世界防暴恐形势愈发严峻的现下，意义重大。预计到2015年，国产太赫兹人体安检仪将在中国机场、车站、体育馆等公共场所广泛投用。

据了解，太赫兹安检仪扫描一下就能完成整个人体安检，人均约1秒，是传统安检仪效率的5倍以上。当人体所穿衣物中隐藏有物品时，该区域辐射出的太赫兹波即被阻拦，并在“快照”中产生与其他身体部位不一致的阴影，从而探知隐藏物品的所在位置。

因此，太赫兹人体安检仪和传统人体安检手段相比具有四大特点：一是更安全，太赫兹安检仪不同于传统安检仪主动发射探测，采用被动探测发射，设备不存在任何的电离或电磁辐射，对被检测人员绝对安全；二是更可靠，太赫兹安检仪不仅可以探测到金属物质，还可以探测到诸如陶瓷刀具、毒品粉末、液态炸药、胶体炸弹等非金属危险物质；三是更文明，设备检测方式为非接触式检查，充分保护被检人员个人隐私；四是更高效，设备每小时可检测通过500人，是传统人工检测的5倍。

此前，太赫兹人体安检仪只有欧美等发达国家完全掌握核心技术，并已处于市场垄断地位。此次研究院技术团队用3年时间，经过强力技术攻关，打破了欧美等发达国家的技术垄断。目前，国际上太赫兹技术还处于研发阶段，若该仪器通过了市场检验，其将推动中国安检领域的科技进步，同时也为中国的“反暴恐”安全工作提供了强有力的保障。

据了解，太赫兹是一种波长介于红外线与微波之间的电磁波，具有很强的穿透性，可以由人体产生并向外辐射。在城市及反恐作战中，借助太赫兹特有的“穿墙术”，可以对“墙后”物体进行三维立体成像，探测隐蔽的武器、伪装埋伏的武装人员和显示沙尘或烟雾中的坦克、火炮等装备。

另外，太赫兹成像技术在塑料凶器、陶瓷手枪、塑胶炸弹、流体炸药和人体炸弹的检测和识别上，更是“明察秋毫”。与耗资较高、作用距离较短、无法识别具体爆炸物的X射线扫描仪相比，太赫兹成像具有独特优势，目前已经初步应用于检查邮件、识别炸药及无损探伤等安全领域。

经过不懈的努力，中国力量已经在太赫兹科学技术这一“真空地带”有所建树，并将在这场世界科技竞赛中获得属于中国自己的主动权。

（作者系科技媒体人）