
太赫兹波
据《物理学组织网站》2017年8月28日报道],纽约罗切斯特大学光学研究所、北京首都师范大学,以及俄罗斯圣彼得堡国立信息技术机械与光学大学研究人员,通过使用超短激光脉冲照射水薄膜,证实液体水可辐射太赫兹波。研究成果发表在《应用物理学报》。未来,该技术可用于无线数据传输、行业质量控制、具有穿透能力的高分辨率成像等领域。
太赫兹波(THz波)又称THz射线(太赫兹射线),是指频率在0.1THz到10THz范围的电磁波。太赫兹波的波长介于红外线与微波之间,具有很强的穿透性,可以由人体产生并向外辐射。

太赫兹波
20世纪90年代起,科研人员开始研发太赫兹源和检测器,使太赫兹科技成为全球科技前沿。2004年,美国麻省理工学院将太赫兹科技评为“改变未来世界的十大技术”之一。美国国防部先进研究项目局、美国航空航天局等机构投入重金,把太赫兹波用于军事、太空探测项目。2005年1月8日,日本政府将其列为“国家支柱技术十大重点战略目标”之首,宣称将在2020年东京奥运会时实现太赫兹高速通信,速度为每秒100千兆。2005年11月,中国政府召开了“香山科技会议”,邀请国内多位在THz研究领域有影响的院士专门讨论中国THz事业的发展方向,并制定了中国THz技术的发展规划。中国电子科技集团公司于2010年11月启动太赫兹成像安检系统的项目研制。
此次研究结果是令人惊奇的,由于在太赫兹波段,水是光的强吸收体,并且很长一段时间,液体水似乎不太可能作为太赫兹辐射源。此前,研究人员已表明,然而,水可在其他频率辐射光,包括白光,水蒸气可以辐射太赫兹波。液体水产生太赫兹波的关键在使用非常薄(不到200微米厚)、可自由流动的水薄膜。在实验中,研究人员将飞秒激光脉冲(其持续时间大约为1皮秒,或10-12秒)聚焦在水膜内。激光脉冲在水薄膜内产生等离子体,电离水分子从而产生自由电子,最终辐射太赫兹波。

太赫兹波安检成像
此前研究表明,太赫兹波可以几种源产生,包括空气等离子体。然而,在新研究中,科学家发现,与空气等离子体辐射出太赫兹波相比,水辐射出的太赫兹波展现出非常大的特性差异。例如,更长的激光脉冲持续时间增加了由水产生的太赫兹辐射能量,但对于空气等离子体则是相反的:更短的激光脉冲增加太赫兹辐射。此外,研究人员还发现,当光激励偏离正常入射角时,水产生的太赫兹波长取决于激光束的极化,而空气等离子体产生的太赫兹辐射波长则与极化无关。
太赫兹的独特性能给通信(宽带通信)、雷达、电子对抗、电磁*器武**、天文学、医学成像(无标记的基因检查、细胞水平的成像)、无损检测、安全检查(生化物的检查)等领域带来了深远的影响。由于太赫兹的频率很高,所以其空间分辨率也很高;又由于它的脉冲很短(皮秒量级)所以具有很高的时间分辨率。太赫兹成像技术和太赫兹波谱技术由此构成了太赫兹应用的两个主要关键技术。

同时,由于太赫兹能量很小,不会对物质产生破坏作用,所以与X射线相比更具有优势。另外,由于生物大分子的振动和转动频率的共振频率均在太赫兹波段,因此太赫兹在粮食选种,优良菌种的选择等农业和食品加工行业有着良好的应用前景。太赫兹的应用仍然在不断的开发研究当中,其广袤的科学前景为世界所公认。