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太赫兹成像

太赫兹成像在农业和工业领域寻求新应用

尽管在癌症和安检应用方面失去了牵引力，但太赫兹成像仍然瞄准可能
最终惠及太赫兹设备供应商的几种农业和工业应用。

文/Viacheslav M. Muravev，Gombo E. Tsydynzhapov，Igor V. Kukushkin，Ian Mcnee，Vladimir G. Kozlov

工 作在 0.1~3.0THz 频段、对 利用为中红外（mid-IR）光谱范围开 较为缓慢（见图 1）。
应于 3.0~0.1mm 波长范围
发的技术，提高了这些器件在较低频
2015 年，时域太赫兹系统领域
的太赫兹源，在 20 世纪 70 率下的灵敏度。 的一家领先供应商——美国 Zomega
年代获得了首次发展。这些当时被称 通过将中红外量子级联激光器 Terahertz 公司停止了运营，其他太赫
为反向波振荡器（BWO）的真空电 （QCL）的性能扩展到太赫兹波段， 兹厂商也减少了员工人数。但是这种
子器件，在 0.1~0.3THz 下产生了高 使用 QCL 的太赫兹源的发展也出现 情况正在逐渐改善。
达 100mW 的功率，并在更高频率下 在 2005 年左右。从光谱范围方面看
产生了高达 1mW 的功率。现在，虽 来，这对微测辐射热计太赫兹相机是 太赫兹用于救援
然上世纪 90 年代开发的更紧凑和可 完美的。但即使这些设备的组合，加 太赫兹产品开发商的机遇往往与
靠的固态太赫兹电子设备能提供类似 上更高功率的低温冷却 QCL，能够在 灾难相关联。第一件大事是 2001 年
的性能，但是要达到更高的功率水平 频率高于 2.8THz 的条件下提供具有 美国发生的 911 悲剧。2002-2010 年， 可满足高标准的工厂自动化和检测应用
仍然是一项挑战。 足够高对比度的视频速率太赫兹成像 用于机场安全扫描仪的太赫兹成像器
基于超快激光器产生太赫兹波的 的可行解决方案，问题是在如此高的 的潜在应用，吸引了大量政府资助， HP 系列定焦镜头
时域太赫兹技术的发展，在上世纪 90 频率下，太赫兹波对大部分材料的穿 但是高频微波成像技术最后成为了竞
年代创造了关于太赫兹成像潜力的第 透能力下降，水吸收再次变得非常强 争的胜出者。
二轮热潮。通过这种方法产生皮肤癌 烈。 目前，许多机场都配备了使用
图像，使人们对太赫兹技术在医疗领 随着太赫兹技术的进步，QCL 和 20~30GHz（15~10mm 波长）信号源
域的应用抱有很高的期望，但是进展 低温冷却的高成本已经阻碍了应用的 和探测器的毫米波扫描仪，可以产生
一直缓慢，这是由于水对太赫兹波的 开发。与任何其他光子技术一样，太 乘客的三维（3D）图像，显示隐藏物
强烈吸收，将其在组织中的穿透深度 赫兹成像领域的开发活动也出现波 体。这些扫描仪的下一代产品可能使
限制在最多 1mm。并且时域太赫兹 动，目前太赫兹产品的开发水平发展 用 80~90GHz 技术，更接近太赫兹范
成像需要对样品进行光栅扫描，因为 围。在无线通信领域这个更
每次采集一个像素的数据，这对实时 Technology developments 大的市场，毫米波技术将帮
Product developments QCLs
诊断而言也是一项挑战。 助为技术开发带来更多投资，
2005 年左右，由加拿大 INO 公 降低产品成本。
Time-domain
司和日本 NEC 公司开发的微测辐射 第二件大事是 2003 年发
BWOs
热计探测器阵列实现的视频速率太赫 生的哥伦比亚号航天飞机事
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兹成像，引发了太赫兹成像技术的又 1970 1990 2010 故，该事故与绝热泡沫和航
一波热潮。太赫兹微测辐射热计相机 图1：太赫兹技术和产品的开发周期。 天飞机机身粘结的缺陷有关。 • 高性能 (HP) 设计
• 整个视场范围内拥有高达 9 百万像素的分辨率
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