2004年，太赫兹技术被美国列为“改变未来世界的十大技术”之一；2005年，我国香山科学会议探讨太赫兹技术的新发展。从此，太赫兹技术成为各方关注的焦点之一。
现在，十几年过去了，业界对太赫兹的认知逐渐加深，不少专家更加确信太赫兹将颠覆未来绝大多数行业。我国已着手研究的6G技术，其中也涉及到太赫兹通信技术。
然而，无论是对学术界还是工业界，太赫兹依然还是电磁波谱里最神秘的存在。
太赫兹波？What’s this？
太赫兹波像我们熟知的无线电波、红外线、x射线一样，也是一种电磁波，其频率介于0.1～10 THz，处于毫米波和红外线之间。太赫兹波存在于自然界中，其光子能量低，不会对物质产生电离作用，其具有穿透特性和指纹光谱特性，太赫兹波在安检、超材料、生物医学、半导体、食品药品等方面得到广泛应用。
此外，随着超快激光技术可以产生可靠、稳定的激光光源，太赫兹波与激光的结合也迅猛发展起来。
太赫兹波处于电磁波谱毫米波和红外之间
太赫兹能颠覆哪些行业？
目前，在火车站、机场等公共场所进行的安检是通过金属安检门和工作人员手持式金属探测器安检，不利于保护隐私且具有一定的辐射。太赫兹能量低、穿透好，不会产生电离辐射。
目前国内研发太赫兹安检的单位包括中电38所、华讯方舟、广州地铁、同方威视等。太赫兹安检已经在国内逐步投入使用，比如深圳宝安机场、北京首都机场、新疆安检口岸等。
在通信领域里，频率越高则通信容量就越大。太赫兹波频率比微波高1～4个数量级，能提供10 Gbps以上的通信速率。太赫兹通信能解决带宽对信息传输的限制，能满足用户对带宽的需求。工信部最新透露的6G通信标准要求工作频率大于0.2 THz, 通信速率大于30 Gbps，地面传输距离大于1000 m。
脑组织创伤程度的太赫兹成像
图片来源：Hengli Zhao et al, Biomed. Opt. 23(3), 036015 (2018)
太赫兹的频段能够探测到生物大分子的信息。天津大学、南京大学、西南医院、中国工程物理研究院、上海理工大学等单位均开展了不同程度的研究。其中天津大学、西南医院、南京大学等主要研究脑细胞缺血等异常活动功能的太赫兹光谱与成像，中国工程物理研究院研究了分子变化引起的太赫兹光谱学差异。
两种典型的太赫兹时域光谱技术
太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)是太赫兹波技术发展较为成熟的技术。
太赫兹时域光谱系统由飞秒激光、光电导天线、时间延迟控制系统、数据采集与数理系统等组成。时间延迟包括经典的机械延迟和异步采样差频延迟。
经典方法是飞秒激光经过分束镜分成抽运激光和探测激光，抽运激光抽运光电导天线产生太赫兹波，探测激光通过机械时间延迟装置后入射到光电导天线用于探测太赫兹波。通过控制时间延迟装置，可以探测太赫兹脉冲的时域波形。机械延迟的方法比较常见，其缺点也很明显，系统速度慢，稳定性差。采用机械延迟技术的代表企业有Batop、Toptica、 Rainbow Photonics、天津帝尔时代等。
机械延迟太赫兹时域光谱系统图
差频延迟太赫兹光谱系统使用两个频率稍有差异的飞秒激光抽运光电导天线，通过异步取样产生和探测太赫兹波，可以提高光谱成像系统的速度和稳定性。差频延迟的方法对两个飞秒的同步控制要求很高，可以保证快速稳定的测量结果，适用于生物医学检测的需求。
异步采样太赫兹时域光谱系统原理图
Advantest TAS7500系列太赫兹时域光谱系统
采用异步采样差频延迟技术的代表企业是Advantest。其TAS7400/7500太赫兹时域光谱系统的装机量目前占据了中国市场的最大份额。
挑战
Research and Markets最新的研究报告预计2022年太赫兹市场将达48.98亿美元，复合年增长率为31.83%。但遗憾的是，现在人类对太赫兹的认知还不如人工智能。
从产业化的角度来看，我们在安检、通信领域已经看到了太赫兹的影子，太赫兹正在逐步从实验室走向商用。未来5-10年，太赫兹技术的应用前景不容小觑。
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