太赫茲技術(shù)應(yīng)用前景研究文獻綜述太赫茲技術(shù)起步較早，最早由國外研究機構(gòu)提出這一概念，并針對太赫茲領(lǐng)域展開探索[14-15]。近些年來，隨著新一代移動通信的普及，太赫茲又一次成為無線通信領(lǐng)域熱點，并涌現(xiàn)出了一大批研究成果[14-15]。2004年，美國政府為了加快太赫茲技術(shù)的發(fā)展，組織了多所頂尖院校制定了一系列發(fā)展規(guī)劃[16-19]。同時歐盟也啟動了與太赫茲技術(shù)相關(guān)的研究規(guī)劃，如DOTFIVE計劃和THz-Bridge計劃[20-22]。日本政府更是大力發(fā)展太赫茲技術(shù)，打算將該項技術(shù)應(yīng)用于2020年奧運會上[23-25]。為了加快國內(nèi)太赫茲技術(shù)的發(fā)展，我國政府在2005年的香山科技論壇中制定了發(fā)展規(guī)劃以及行業(yè)布局，將其作為通信行業(yè)重要發(fā)展領(lǐng)域。根據(jù)ITU-R公布的雨水和大氣模型，可知在大氣中傳播時，太赫茲波會因被大氣中的H2O分子和O2ab圖1.2太赫茲波吸收峰與窗口特性太赫茲技術(shù)作為未來的科技研究熱點，其會對工業(yè)發(fā)展與社會生活方式產(chǎn)生重大影響，在未來可能引發(fā)科學技術(shù)的革命性發(fā)展。目前，在許多領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了相關(guān)應(yīng)用，其發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下五個方向。（1）太赫茲波在無線通信領(lǐng)域中的應(yīng)用太赫茲頻段相比于現(xiàn)階段的通信波段，具備顯著的帶寬優(yōu)勢，可以被廣泛應(yīng)用于短距離無線數(shù)據(jù)傳輸、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域。日本電信集團（NTT）作為太赫茲領(lǐng)域起步較早的研究單位，首次報道了120GHz無線通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于光電集合方式[27-28]。然而隨著半導體技術(shù)的不斷發(fā)展，太赫茲低噪放以及功放逐漸采用HBT器件以及InPHEMT器件，使得太赫茲固態(tài)電路得到了發(fā)展，極大促進了太赫茲波在通信領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展。NTT于2010年報道的全固態(tài)無線通信系統(tǒng)采用QPSK調(diào)制方式，在5.8km的傳輸距離內(nèi)，實現(xiàn)了10Gbit/s實時數(shù)據(jù)傳輸速率及低于10^-10的誤碼率[29]。圖1.3NTT公司于2010年公布的全固態(tài)無線通信系統(tǒng)架構(gòu)2013年，德國費勞恩霍夫?qū)嶒瀸崿F(xiàn)了傳輸速率高達100Gbit/s的太赫茲通信模塊，傳輸距離為20m[30]。該實驗室又于2015年公布了頻率為0.24THz的全固態(tài)太赫茲通信系統(tǒng)，在850m的傳輸距離內(nèi)，實現(xiàn)了64Gbit/s的通信速率[31]。目前，該實驗室正在研究0.66THz的太赫茲通信系統(tǒng)，己經(jīng)公布了頻率為0.66THz的發(fā)射系統(tǒng)[32]。圖1.4240GHz全固態(tài)太赫茲無線通信系統(tǒng)國內(nèi)由于受限于落后的InPHBT和HMET工藝，在太赫茲通信領(lǐng)域起步較晚。中物院電子所于2013年公布了一套實時速率為2Gbit/s的140GHz無線通信系統(tǒng)，傳輸距離為1.5km[10]。該電子所于2017年又公布了一套無線通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用功率器件級聯(lián)的方式來對輸出信號進行放大，在傳輸距離為20Km時實現(xiàn)了5Gbit/s的傳輸速率[33]。同時，該團隊還采用16QAM調(diào)制實現(xiàn)了傳輸速率為3Gbit/s的340GHz的無線通信系統(tǒng)，但是由于缺少相應(yīng)頻段的低噪放以及功放，該系統(tǒng)工作距離僅為0.25m[34]。圖1.50.34THz無線通信系統(tǒng)電子科大于2011年承擔了太赫茲技術(shù)開發(fā)重大項目，已經(jīng)于2015年通過了驗收，公布了一套220GHz太赫茲無線通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用QPSK調(diào)制方式，在100m的傳輸距離內(nèi)實現(xiàn)了5Gbit/s的傳輸速率。（2）太赫茲這在雷達領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用由于太赫茲具備波長短以及高帶寬的特性，因此可以應(yīng)用于雷達成像領(lǐng)域（SAR和ISAR）以實現(xiàn)更高的成像分辨率。德國RPG公司于2009年公布了一套太赫茲三維成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用連續(xù)掃描的方法，達到了毫米級的分辨率以及1幀/秒的成像速率[35]。同時以色列中央大學公布了一套0.33THz線性調(diào)頻成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)最遠可以對距離40m處的目標進行成像，成像分辨率為1cm[36]。蘇格蘭圣安德魯大學于2012年公布了一套340GHz三維成像雷達，最大成像距離為20m，成像速率為10幀/s[37]。德國費勞恩霍夫高頻雷達實驗室于2013年報道了一套300GHz主動成像雷達，實現(xiàn)了3.5mm的分辨率以及140m的成像距離[38]。圖1.6340GHz三維成像雷達國內(nèi)由于近年來工藝的進步，同樣公布了一系列太赫茲雷達成果。國防科技大學、電子科大、中物院、中電研究所以及航天集團均在太赫茲雷達領(lǐng)域有所建樹。（3）太赫茲波在遙感領(lǐng)域中的應(yīng)用在遙感領(lǐng)域中，太赫茲主要應(yīng)用于輻射計。該器件的主要功能在于檢測地球大氣環(huán)境。從上世紀九十年代開始，美國宇航局基于此功能己經(jīng)發(fā)射了多顆遙感衛(wèi)星[39]。同樣為了了解氣候的變化情況，中國與歐洲也相繼發(fā)射了搭載了太赫茲探測器件的相關(guān)衛(wèi)星。目前，歐洲航天局正在研制新一代的大氣環(huán)境探測衛(wèi)星希望可以實現(xiàn)較寬的通道頻率[40-41]。國內(nèi)近年來也在該領(lǐng)域取得了一定的成果，其中包括用于氣象業(yè)務(wù)的FY-3衛(wèi)星以及研制了相關(guān)頻段的輻射計[42]。目前，該衛(wèi)星已經(jīng)成功搭載了多個頻段的接收模塊，出色完成了多項探測任務(wù)[43]。另外，中科院空間中心研制了工作頻率為425GHz的輻射計，目前已經(jīng)被應(yīng)用于風云四號衛(wèi)星。圖1.7FY-3衛(wèi)星微波濕度計接收機前端（4）太赫茲在太空領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用隨著近年來各國對太空領(lǐng)域內(nèi)的研究和探索愈發(fā)重視，太赫茲技術(shù)在該領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用也取得了重大成就。備受矚目的阿塔卡瑪?shù)鼗^測平臺（ALML），其擁有300GHz~9050GHz的超寬工作范圍，以便于對宇宙暗區(qū)進行成像觀測[44]。歐空局于2014年發(fā)射了一顆搭載了0.56THz頻譜探測器的Rosetta衛(wèi)星，用于檢測彗星揮發(fā)物質(zhì)含量。美國宇航局也相繼發(fā)射了用于探測木星的Ganymede衛(wèi)星[45]以及探測土星的Titan衛(wèi)星[46]。（5）太赫茲在安檢成像領(lǐng)域中的應(yīng)用由于太赫茲波的波長較短，穿透力較強，因此在安檢成像領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用市場，且已經(jīng)應(yīng)用在機場，車站等人流密集區(qū)域。太赫茲技術(shù)在應(yīng)用于安檢成像領(lǐng)域時，其主要是為了識別各種危險工具。美國JPL實驗室在安檢領(lǐng)域起步較早，截止目前已經(jīng)完成了多款安檢樣機[47]。其中第四代樣機采用線性陣列掃描的方式，已經(jīng)實現(xiàn)了厘米級的分辨率以及較快的成像速率。2013年，歐盟各成員國開始聯(lián)合研制TeraSCREEN太赫茲項目，該項目主要針對未來安檢領(lǐng)域的應(yīng)用前景，希望采用主被動及多頻段融合的方式來實現(xiàn)新一代的安檢器件。另外，英國也公布了一系列太赫茲安檢儀器，采用八通道機械掃描形式，其工作頻率為250GHz，在3~15m的范圍內(nèi)可以達到6幀/s的成像速率[48]。國內(nèi)在太赫茲安檢成像領(lǐng)域得報道也日益增多，中物院在2016年公布了一套主動安檢成像儀，該儀器工作頻率為340GHz，實現(xiàn)了厘米級的系統(tǒng)分辨率[49]。中科院電子所也公布了一套成像系統(tǒng)，工作頻率為200GHz[50]。圖1.8中科院公布的主動安檢成像儀分辨率與成像速率是太赫茲安檢成像系統(tǒng)的重要指標，目前國內(nèi)外已經(jīng)涌現(xiàn)出了一系列優(yōu)秀的成像系統(tǒng)，雖然在成本上仍難以控制，但依舊具有廣闊的前景。隨著應(yīng)用頻段的不斷升高，系統(tǒng)分辨率的問題逐漸得到了解決。但是，希望提高成像速率則得通過陣列化的方式解決。另外由于目前危險品的劃分更加細化，直接導致檢測難度上升，采用主被動檢測聯(lián)合多頻段融合的太赫茲安檢器件將逐漸成為太赫茲技術(shù)的重點發(fā)展領(lǐng)域。參考文獻SiegelPH.Terahertztechnology[J].IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques,2002,50(3):910-928.劉盛綱，鐘任斌.太赫茲科學技術(shù)及其應(yīng)用的新發(fā)展[[J].電子科技大學學報，2009,38(05):481-486.程兆華，祝大軍，劉盛綱.太赫茲技術(shù)的研究進展[J].現(xiàn)代物理知識，2005(05):40-44.NicholsEF,TearJD.JoiningtheInfra-redandElectricWaveSpectra[J].ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences,1923,9(6):211-214.孫美玉，祁峰，雷靜，等.太赫茲技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用前景[Jl.中國醫(yī)療設(shè)備，2018,33(07):1-8+36.周俊，劉盛綱.太赫茲生物醫(yī)學應(yīng)用的研究進展[[J].現(xiàn)代應(yīng)用物理，2014(2):85-97.蔣林華，王尉蘇，童慧鑫，等.太赫茲成像技術(shù)在人體安檢領(lǐng)域的研究進展[[J].上海理工大學學報，2019,41(01):46-51.KangaslahtiP,SchlechtE,JiangJ,etal.,editors.CubeSatscalereceiversformeasurementoficeinclouds.201614thSpecialistMeetingonMicrowaveRadiometryandRemoteSensingoftheEnvironment(MicroRad);201611-14April2016.JastehD,HoareEG,CherniakovM,etal.ExperimentalLow-TerahertzRadarImageAnalysisforAutomotiveTerrainSensing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