太赫茲(THz)波是指頻率在0.1~10 THz(波長為3000～30μm)范圍內的電磁波，在長波段與毫米波相重合，在短波段與紅外光相重合，是宏觀經(jīng)典理論向微觀量子理論的過渡區(qū)，也是電子學向光子學的過渡區(qū)，稱為電磁波譜的“太赫茲空隙(THz gap)”。

太赫茲(THz)波的波段能夠覆蓋半導體、等離子體，有機體和生物大分子等物質的特征譜;利用該頻段可以加深和拓展人類對物理學、化學、天文學、信息學和生命科學中一些基本科學問題的認識。THz技術可廣泛應用于雷達、遙感、國土安全與反恐、高保密的數(shù)據(jù)通訊與傳輸、大氣與環(huán)境監(jiān)測、實時生物信息提取以及醫(yī)學診斷等領域。因此，THz研究對國民經(jīng)濟和國家安全有重大的應用價值。

早期太赫茲在不同的領域有不同的名稱，在光學領域被稱為遠紅外，而在電子學領域，則稱其為亞毫米波、超微波等。在20世紀80年代中期之前，太赫茲波段兩側的紅外和微波技術發(fā)展相對比較成熟，但是人們對太赫茲波段的認識仍然非常有限，形成了所謂的“THz　Gap”。2004年，美國政府將THz科技評為“改變未來世界的十大技術”之一，而日本于2005年1月8日更是將THz技術列為“國家支柱十大重點戰(zhàn)略目標”之首，舉全國之力進行研發(fā)。我國政府在2005年11月專門召開了“香山科技會議”，邀請國內多位在THz研究領域有影響的院士專門討論我國THz事業(yè)的發(fā)展方向，并制定了我國THz技術的發(fā)展規(guī)劃。目前國內已經(jīng)有多家研究機構開展太赫茲領域的相關研究，其中首都師范大學，是入手較早，投入較大的一家，并且在毒品和炸藥太赫茲光譜、成像和識別方面，利用太赫茲對非極性航天材料內部缺陷進行無損檢測方面做出了許多開拓性的工作，同時由于太赫茲射線在安全檢查方面的獨特優(yōu)勢，首都師范大學太赫茲實驗室正集中力量研發(fā)能夠用于實景測試的安檢原型設備。另外，美國、歐洲、亞洲、澳大利亞等許多國家和地區(qū)政府、機構、企業(yè)、大學和研究機構紛紛投入到THz的研發(fā)熱潮之中。THz研究領域的開拓者之一，美國著名學者張希成博士稱：“Nextray, T-Ray!”。

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。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，主要是中國，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，從藥廠出廠的每一片藥都進行光譜測量，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異，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，這是最希望的。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)階段最吸引人的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最受人關注的反恐、緝毒等最讓人關注的問題，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的高頻率使得成像的分辨率更高，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，人們不需要靠近可疑分子就可以對其進行檢查。THz雷達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，所以近距離雷達是THz射線的優(yōu)勢所在。一個非常讓人向往的應用是穿墻雷達和探雷雷達，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，因此可以透過墻壁偵查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。而探雷雷達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。