鑽石舞台

我們都知道，太赫茲能夠提供一些在射頻和微波頻段下無法實現的獨特（和非常有吸引力）的能力。該行業已經開始在電磁頻譜中這一相對未觸及的領域取得了重大進展，經歷70多年的時間才走到這一步是有實際原因的。

什麼是太赫茲？

Tera是公制的一個單位前綴，表示乘以一萬億（即1012）。它的前面是giga（表示十億，即109），後面是peta（表示千萬億，即1015）。

在微波工程中，這些術語一般只在提到頻率時使用（如吉赫茲、太赫茲和皮赫茲）。計算機工程師在提到數據存儲時，也會使用這些術語（如千兆字節、太字節和千萬億字節）。

太赫茲（縮寫為THz）定義的頻率範圍一般為300-3000GHz（或者0.3-3THz）。剛好低於太赫茲的頻段被稱作毫米波，其頻率範圍為110-300GHz，波長為1-10mm（因此被稱為毫米波）。同樣地，太赫茲也被稱為亞毫米波，波長為0.1-1mm。

太赫茲還有一些其他的名稱，包括以下名稱：

極高頻（THF）

1,000GHz

T-waves

ITU 波段12

近毫米波

在電磁頻譜中，太赫茲頻段往上是光波。紅外線的頻段大約在0.3-430THz。光學工程師使用透鏡、濾光片、反光鏡、分束器、偏振器以及其它裝置，就像微波工程師所做的那樣，但是其處理的光束的頻率較低。使得太赫茲如此複雜艱澀的部分原因是，它處在對於微波工程師來說不自在的高頻範圍，對於光學工程師來說不自在的低頻範圍。

太赫茲的應用

與微波頻率相比，太赫茲具有更高的空間分辨率（想想看，就像電視屏幕上的像素密度更高）。將其用於探測隱藏的物質是非常有吸引力的。太赫茲光譜學可以在離目標幾米遠的位置處，確定物質的組成。

光譜學是將一種物質的輻射光譜與已知材料庫進行比較，從而確定兩者是否匹配的過程。通過物質反射的波、傳播的波以及被吸收的波，能夠唯一地識別出該物質。如今，太赫茲掃描儀用於探測被隱藏的爆炸物和毒品。

不同於與紫外線和X射線，太赫茲是非電離的，所以將其用於人體或者活體組織檢查是十分安全的。敏感的電子器件，如半導體，可能會被電離的X射線損壞。太赫茲成像儀可用於損傷探測且不會增加風險。

在地球的大氣層中，太赫茲的傳播距離不超過10m左右（顯然，這隨輻射功率水平而變化）。太赫茲波在霧和雲中傳播時，將產生顯著的衰減，因此太赫茲波不適用於任何形式的遠距離探測或通信。此外，太赫茲不能穿透水或者金屬。

在一個相對較小的區域內，太赫茲確實存在一些軍事應用，包括以下內容：

短距離安全通信；

高速數據傳輸；

化學或者生物製劑探測；

戰場6G通信；

反隱身雷達；

敏感飛機部件的探傷檢測；

星載通信。

太赫茲與微波

為了把太赫茲技術放在與微波工程相關的背景下，下圖比較了典型的微波元件尺寸與高頻的波長的關係。

自由空間波長與頻率的關係，圖中給出典型微波元件尺寸供參考。

在太赫茲範圍內（圖中陰影區域），由於元件尺寸與波長具有相同的大小，因此圖線變得十分擁擠。正如我們所討論的，微波元件的尺寸應該遠小於該元件工作頻段的波長。否則，可能會產生一個駐波在元件自身內部傳播，從而使得元件實際上是無用的。

例如，在X波段（8-12GHz），0201封裝的尺寸大概是其工作波長的五十分之一。相對於工作波長來說，其封裝尺寸是很小的，從而使得其對信號傳播的影響很小。然而，在1THz頻點處，相同的0201封裝的尺寸是波長的兩倍。微波元件的性能很大程度上是由封裝尺寸所決定的。

在太赫茲頻段處，為了使元件發揮作用，元件尺寸要比如今所使用的縮小很多倍。當然，這是微波行業研究和發展的重要領域。