兆赫輻射

兆赫輻射（英語：Terahertz radiation），又稱THz波或兆赫茲，包含了頻率為0.3到3 THz的電磁波。此頻段屬遠紅外光，高於微波波段的頻率，^[1]對應的波長範圍從1mm到0.1mm（或100μm），所以也叫作「亞毫米波段」（submillimeter waves）。

「兆赫輻射」重新導向至此。關於頻率單位，請見「兆赫茲」。

兆赫茲波是介於微波波段的終點與紅外線波段的起點之間.

兆赫茲輻射被大氣層強烈的吸收，限制了通信距離。這個圖包含了兆赫茲頻譜的低頻部分，從0.3到1 THz。Shown is the zenith atmospheric transmission of electromagnetic radiation from space to the summit of Mauna Kea, assuming a precipitable water vapor level of 0.001 mm (simulated). The downward spikes in the graph correspond to strong absorption lines due to various absorbances of different atmospheric molecules

這個圖補充上圖，顯示大氣層傳輸兆赫茲頻譜的高頻部分，從1到3 THz。Shown is the zenith atmospheric attenuation of the electromagnetic spectrum from space to the summit of Mauna Kea, assuming a precipitable water vapor level of 0.001 mm (simulated). The decreasing transmission with increasing frequency, indicates greater absorption

目前，國際上對兆赫茲輻射已達成如下共識，即兆赫茲是一種新的、有很多獨特優點的輻射源；兆赫茲技術是一個非常重要的交叉前沿領域，給技術創新、國民經濟發展和國家安全提供了一個非常誘人的機遇。它之所以能夠引起人們廣泛的關注、有如此之多的應用，首先是因為物質的兆赫茲光譜（包括透射譜和反射譜）包含着非常豐富的物理和化學信息，所以研究物質在該波段的光譜對於物質結構的探索具有重要意義；其次是因為兆赫茲脈衝光源與傳統光源相比具有很多獨特的性質。^[2]

簡介

THz波（兆赫茲波）或稱為THz射線（兆赫茲射線）是從1980年代中後期，才被正式命名的，在此以前科學家們將統稱為遠紅外射線。兆赫茲波是指頻率在0.1THz到10THz範圍的電磁波，波長大概在0.03到3mm範圍，介於微波與紅外之間。實際上，早在一百年前，就有科學工作者涉及過這一波段。在1896年和1897年，Rubens和Nichols就涉及到這一波段，紅外光譜到達9um（0.009mm）和20um（0.02mm），之後又有到達50um的記載。之後的近百年時間，遠紅外技術取得了許多成果，並且已經產業化。但是涉及兆赫茲波段的研究結果和數據非常少，主要是受到有效兆赫茲產生源和靈敏探測器的限制，因此這一波段也被稱為THz間隙。隨着80年代一系列新技術、新材料的發展，特別是超快技術的發展，使得獲得寬帶穩定的脈衝THz源成為一種准常規技術，THz技術得以迅速發展，並在實際範圍內掀起一股THz研究熱潮。

產生源

自然產生源

兆赫茲輻射是任意溫度高於約10K的物體的黑體輻射的一部分。

人工產生源

在2012年，幾種兆赫茲輻射的產生源有:

• 迴旋管（gyrotron）
• 反向波振盪器（英語：backward wave oscillator）（backward wave oscillator, "BWO"）
• 遠紅外激光（英語：far infrared laser）（far infrared laser, "FIR laser"）
• 肖特基二極管（Schottky diode）
• 量子級聯激光器^[3][4][5][6]
• 自由電子激光（FEL）
• 同步輻射光源
• photomixing（英語：photomixing） sources

研究

• 醫學成像
• 安全檢查
• 科學使用和成像
• 通信
• 製造
• 兆赫茲無損檢測

無線數據通訊紀錄

在2012年5月，日本東京工業大學的研究團隊使用T-射線的無線數據傳輸創下新的紀錄，發表在Electronics Letters（英語：Electronics Letters）^[7]，並建議在未來以此做為數據傳輸的頻率。該團隊的概念驗證裝置使用諧振穿隧二極管（RTD），其電壓下降時的電流增加造成二極管「共振」，並產生THz波段的波。使用該RTD，研究人員發送出542 GHz的訊號，得到的數據傳輸速率是每秒3 Gigabits。該展示速度比當時主流的Wi-Fi 802.11n標準快20倍，比之前11月份的數據傳輸設置的紀錄快一倍^[8]。THz Wi-Fi可能僅能在大約10米（33英尺）範圍內工作，但「理論上」數據傳輸速度可以高達100 Gbit/s。^[9]

安全

參見

• 人體掃瞄安檢儀
• 異質結雙極性電晶體（HBT）
• 高電子遷移率電晶體（HEMT）

引用和註釋

1. DanielBaroletabFrançoisChristiaenscMichael R.Hamblinde. Infrared and skin: Friend or foe. [2022-01-08]. （原始內容存檔於2022-02-28）.
2. 強烈兆赫茲輻射 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館），亞太日報，2013年12月18日
3. Köhler, Rüdeger; Alessandro Tredicucci, Fabio Beltram, Harvey E. Beere, Edmund H. Linfield, A. Giles Davies, David A. Ritchie, Rita C. Iotti, Fausto Rossi. Terahertz semiconductor-heterostructure laser. Nature. 2002-05-09, 417: 156–159 [2011-10-26]. Bibcode:2002Natur.417..156K. ISSN 0028-0836. PMID 12000955. doi:10.1038/417156a. 引文使用過時參數coauthors (幫助)
4. Scalari, G.; C. Walther, M. Fischer, R. Terazzi, H. Beere, D. Ritchie, J. Faist. THz and sub-THz quantum cascade lasers. Laser & Photonics Review. 2009-02-24, 3: 45–66 [2011-10-27]. ISSN 1863-8880. doi:10.1002/lpor.200810030. 引文使用過時參數coauthors (幫助)
5. Lee, Alan W. M.; Qi Qin, Sushil Kumar, Benjamin S. Williams, Qing Hu, John L. Reno. Real-time terahertz imaging over a standoff distance（>25 meters）. Appl. Phys. Lett. 2006, 89 (14): 141125. Bibcode:2006ApPhL..89n1125L. ISSN 0003-6951. doi:10.1063/1.2360210. 引文使用過時參數coauthors (幫助)
6. Fathololoumi, S.; E. Dupont, C.W.I. Chan, Z.R. Wasilewski, S.R. Laframboise, D. Ban, A. Matyas, C. Jirauschek, Q. Hu, H. C. Liu. Terahertz quantum cascade lasers operating up to ~200 K with optimized oscillator strength and improved injection tunneling. Optics Express. 2012-02-13, 20 (4): 3866–3876 [2012-03-21]. Bibcode:2012OExpr..20.3866F. doi:10.1364/OE.20.003866. 引文使用過時參數coauthors (幫助)^{[失效連結]}
7. K. Ishigaki, M. Shiraishi, S. Suzuki, M. Asada, N. Nishiyama, and S. Arai. Direct intensity modulation and wireless data transmission characteristics of terahertz-oscillating resonant tunneling diodes. Electronics Letters. 10 May 2012, 48 (10): 582–3. doi:10.1049/el.2012.0849.
8. Chacksfield, Marc. Scientists show off the future of Wi-Fi – smash through 3Gbps barrier. Tech Radar. 16 May 2012 [16 May 2012]. （原始內容存檔於2012-11-25）.
9. Milestone for Wi-Fi with 'T-rays'. BBC News. 16 May 2012 [16 May 2012]. （原始內容存檔於2012-10-17）.

延伸閱讀

• Quasioptical Systems: Gaussian Beam Quasioptical Propagation and Applications, Paul F. Goldsmith, IEEE Press（1997）
• Sensing with Terahertz Radiation, ed. Daniel Mittleman, Springer（2002）
• Terahertz Spectroscopy: Principles and Applications, ed. Susan L. Dexheimer, CRC Press（2007）
• Principles of Terahertz Science and Technology, Yun-Shik Lee, Springer（2008）
• Introduction to THz Wave Photonics, Xi-Cheng Zhang and Jingzhou Xu, Springer（2009）
• Terahertz Technology: Fundamentals and Applications, Ali Rostami, Hassan Rasooli and Hamed Baghban, Springer（2011）

外部連結

• Terahertz radiation: applications and sources by Eric Mueller
• Terahertz profile on Google Scholar（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• 兆赫茲科學技術及其應用的新發展^{[永久失效連結]} by 劉盛綱,鍾任斌 《電子科技大學學報》