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太赫茲成像系統(tǒng)應用詳細情況
點擊次數(shù)：1451 更新時間：2016-09-07
太赫茲成像系統(tǒng)應用
太赫茲的*性能給通信（寬帶通信）、、電子對抗、電磁、天文學、醫(yī)學成像（無標記的基因檢查、細胞水平的成像）、無損檢測、安全檢查（生化物的檢查）等領域帶來了深遠的影響。由于太赫茲的頻率很高，所以其空間分辨率也很高；又由于它的脈沖很短（皮秒量級）所以具有很高的時間分辨率。太赫茲成像技術和太赫茲波譜技術由此構成了太赫茲應用的兩個主要關鍵技術。同時，由于太赫茲能量很小，不會對物質產(chǎn)生破壞作用，所以與X射線相比更具有優(yōu)勢。另外，由于生物大分子的振動和轉動頻率的共振頻率均在太赫茲波段，因此太赫茲在糧食選種，優(yōu)良菌種的選擇等農(nóng)業(yè)和食品加工行業(yè)有著良好的應用前景。太赫茲的應用仍然在不斷的開發(fā)研究當中，其廣袤的科學前景為世界所*。
（1）THz時域光譜技術。目前已經(jīng)開始商業(yè)化運作，世界范圍內已經(jīng)有多家企業(yè)開始生產(chǎn)商用THz時域光譜儀，主要是美國，歐洲和日本的廠家。THz時域光譜技術的基本原理是利用飛秒脈沖產(chǎn)生并探測時間分辨的THz電場，通過傅立葉變換獲得被測物品的光譜信息，由于大分子的振動和轉動能級大多在THz波段，而大分子，特別是生物和化學大分子是具有本身物性的物質集團，進而可以通過特征頻率對物質結構、物性進行分析和鑒定。一個比較重要的應用可以作為藥品質量監(jiān)管。設想一下制藥廠的流水線上安裝一臺THz時域光譜儀，從藥廠出場的每一片藥都進行進行光譜測量，并與標準的藥物進行光譜對比，合格的將進入下一個環(huán)節(jié)，否則在流水線上將劣質藥片清除掉，避免不同藥片或不同批次藥片的品質差儀，保證藥品的品質。
?。?）THz成像技術。跟其他波段的成像技術一樣，THz成像技術也是利用THz射線照射被測物，通過物品的透射或反射獲得樣品的信息，進而成像。THz成像技術可以分為脈沖和連續(xù)兩種方式。前者具有THz時域光譜技術的特點。同時它可以對物質集團進行功能成像，獲得物質內部的折射率分布。例如葵花籽可以和容易獲得葵花子的內部信息。圖3-4給出了葵花籽樣品的實物照片和相應方法重構的THz透射圖像，能清晰地分辨果殼的輪廓和隱藏在果殼中果仁的形狀，這是zui希望的。同樣，如果樣品是人的牙齒，那么牙齒的正常部分與損蛀部分將很容易的區(qū)分開，同時不必照射x射線，對人體沒有附加傷害。
?。?）安全檢查，利用安全檢查應該說是現(xiàn)階段zui吸引人的THz技術，它的本質原理是THz成像，目前由于目前主要采用連續(xù)波THz源，而且又由于它要解決的是目前zui受人關注的反恐、緝毒等zui讓人關注的問題，所以單列出來。目前英國發(fā)展的THz安檢設備已經(jīng)進入試用階段。由于THz射線的穿透性和對金屬材料的強反射特性，并且THz的高頻率是的成像的分辨率更高，所以可以很容易看到隱藏在衣物、鞋內的刀具、槍械等物品。同時如果結合THz的物質鑒別特性，能夠區(qū)分你身上是否攜帶炸藥或毒品。首都師范大學THz實驗室已經(jīng)建立了常見的炸藥和毒品的數(shù)據(jù)譜庫，可以設想再過幾年，可以真正在機場見到真正的THz安檢的設備。另外，世界范圍內引起社會動蕩的自殺式炸彈恐怖襲擊，也可以利用THz安檢設備進行防范。因為站崗的可以不再是士兵或保安人員，而是THz安檢儀，人們不需要靠近可以分子就可以對其進行檢查。
（4）THz。實際上也是成像的一種。鑒于大氣中水分對THz射線的強吸收作用，所以近距離是THz射線的優(yōu)勢所在。一個非常讓人向往的應用是穿墻和探雷，當然也可以用于抗震救災中遇難者的搜救，目前還處于研發(fā)階段。這是由于墻壁，木材等材料對THz透過，而人體包含大量水分，不透過THz，因此可以透過墻壁到屋內的人員的分布和活動，將反恐怖反綁架起到深遠的影響，同理也可以用于廢墟下人體的尋找。而探雷是由于地雷一般在地表或地表附近，而干燥的泥土可以透過THz射線，而地雷將會把THz射線反射回來，從而可以發(fā)現(xiàn)目標。
?。?）天文學：在宇宙中，大量的物質在發(fā)出THz電磁波。炭（C）、水（H2O）、一氧化碳（CO）、氮（N2）、氧（O2）等大量的分子可以在THz頻段進行探測。而這些物質在應用THz技術以前一部分根本無法探測而另一部分只能在海拔很高或者月球表面才可以探測到。
?。?）通信技術：THz用于通信可以獲得10GB/s的無線傳輸速度，特別是通信，由于在外太空，近似真空的狀態(tài)下，不用考慮水分的影響，這比當前的超寬帶技術快幾百至一千多倍。這就使得THz通信可以以*的帶寬進行高保密通信。雖然由于缺乏的THz發(fā)射天線和源，使其還無法在通信領域商業(yè)化，但這必將由新型的發(fā)射裝置和發(fā)射源所解決。
此外，太赫茲成像系統(tǒng)在半導體材料、高溫的性質研究等領域也有廣泛的應用。研究該頻段不僅將推動理論研究工作的重大發(fā)展，而且對固態(tài)電子學和電路技術也將提出重大挑戰(zhàn)。
