太赫茲波，泛指頻率位于紅外線和微波之間的電磁波，處于宏觀電子學(xué)向微觀光子學(xué)的過渡階段。由于處于交叉過渡區(qū)，太赫茲波既不完全適用光學(xué)理論來處理，也不完全適用微波理論來研究。很長一段時(shí)間，人們對(duì)太赫茲波的認(rèn)識(shí)非常有限，形成了“太赫茲空白”。近年來，太赫茲波以其獨(dú)特的性能和越來越廣泛的應(yīng)用受到世界各國的關(guān)注，特別是在軍事領(lǐng)域受到推崇。

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太赫茲波——令人矚目的未來戰(zhàn)爭新寵

■趙 林 侯俊石

太赫茲波的頻段劃分及應(yīng)用場(chǎng)景。 制圖：劉 程

●太赫茲波，泛指頻率位于紅外線和微波之間的電磁波，處于宏觀電子學(xué)向微觀光子學(xué)的過渡階段。

●由于處于交叉過渡區(qū)，太赫茲波既不完全適用光學(xué)理論來處理，也不完全適用微波理論來研究。很長一段時(shí)間，人們對(duì)太赫茲波的認(rèn)識(shí)非常有限，形成了“太赫茲空白”。

●近年來，太赫茲波以其獨(dú)特的性能和越來越廣泛的應(yīng)用受到世界各國的關(guān)注，特別是在軍事領(lǐng)域受到推崇。

擁有獨(dú)特性能

太赫茲波技術(shù)之所以引起科學(xué)界的廣泛關(guān)注，是由于太赫茲波頻率要高于微波，低于紅外線；能量大小則在電子和光子之間，與其他頻率的電磁波相比，其性能非常獨(dú)特。

高穿透性。太赫茲波對(duì)許多介電材料和非極性物質(zhì)具有良好的穿透性，可對(duì)不透明物體進(jìn)行透視成像，是X射線成像和超聲波成像的有效補(bǔ)充。

低能量性。太赫茲波光子能量僅為X射線光子能量的1%左右，太赫茲波的輻射不會(huì)導(dǎo)致光致電離而破壞被檢質(zhì)，非常適用于針對(duì)人體或其他生物樣品的檢查。

吸水性。水對(duì)太赫茲波輻射有極強(qiáng)的吸收性，這使得太赫茲波不易穿透含水物體。

瞬態(tài)性。太赫茲波脈沖的典型脈寬在皮秒數(shù)量級(jí)，通過取樣測(cè)量技術(shù)，能夠有效抑制背景輻射噪聲的干擾。

相干性。太赫茲波的相干性源于其相干產(chǎn)生機(jī)制，能夠直接測(cè)量電場(chǎng)的振幅和相位，從而方便提取樣品的折射率、吸收系數(shù)、消光系數(shù)、介電常數(shù)等參數(shù)。

光譜分辨特性。許多有機(jī)分子的振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)頻率都在太赫茲波頻段，通過特有的光譜特征，可識(shí)別分子結(jié)構(gòu)并分析物質(zhì)成分，具有指紋般的唯一性，就像利用指紋可識(shí)別不同的人一樣。因此，太赫茲波光譜成像技術(shù)不僅能分辨物體的形貌，還能識(shí)別物體的組成成分。

太赫茲波的這些獨(dú)特性能，將給通信、雷達(dá)、電子對(duì)抗、電磁武器、反恐維穩(wěn)等領(lǐng)域帶來深遠(yuǎn)影響。

技術(shù)突飛猛進(jìn)

隨著對(duì)太赫茲波價(jià)值認(rèn)知的不斷深入，各國紛紛加快了對(duì)這一波段的探索。從20世紀(jì)90年代中期開始，美國國家基金會(huì)、航天局、國防部和國家衛(wèi)生學(xué)會(huì)等政府部門或組織，對(duì)太赫茲波研究項(xiàng)目持續(xù)提供較大規(guī)模的資金支持，太赫茲波技術(shù)被評(píng)為“改變未來世界的十大技術(shù)”之一。歐洲國家除了各國自己所支持的研究項(xiàng)目外，還利用歐盟的資金共同組織了大型的跨國界、多學(xué)科合作研究項(xiàng)目。我國也專門制定了太赫茲波發(fā)展規(guī)劃，加大研究力度，目前在應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)有了大的突破。

近年來，太赫茲波應(yīng)用范圍已從基礎(chǔ)科學(xué)逐漸向武器裝備、航空航天、雷達(dá)探測(cè)、通信、反恐緝毒等方面擴(kuò)展。

建立目標(biāo)數(shù)據(jù)庫。世界各國廣泛開展各類目標(biāo)在太赫茲波頻段散射特性的研究，建立相關(guān)的目標(biāo)特性數(shù)據(jù)庫，對(duì)于研究武器裝備在太赫茲波頻段隱身與反隱身突防具有重要作用。

建立特性實(shí)驗(yàn)室。美歐等國已經(jīng)建立了多個(gè)太赫茲波特性實(shí)驗(yàn)室，比較典型的有美國麻省羅尼爾大學(xué)所屬的太赫茲波實(shí)驗(yàn)室，建立了多套連續(xù)太赫茲波實(shí)驗(yàn)裝置，并對(duì)多種頻率的目標(biāo)特性進(jìn)行了深入研究。

重點(diǎn)發(fā)展成像技術(shù)。利用太赫茲波成像可有效地對(duì)爆炸物、生化制劑以及槍支刀具等危險(xiǎn)物品進(jìn)行預(yù)警、識(shí)別。英國ThruVision公司曾展示了一種利用太赫茲波成像技術(shù)的新型安檢系統(tǒng)，能在3至15米的安全距離對(duì)人群成像，并篩選出隱藏了不明物體的人員。

重視雷達(dá)領(lǐng)域應(yīng)用。太赫茲波雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，無論在國防軍事領(lǐng)域還是公共安全領(lǐng)域，無疑都已帶來令人矚目的新變化。太赫茲波雷達(dá)系統(tǒng)以其小型輕量、高分辨率等優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用于航天器自身威脅告警以及彈道目標(biāo)監(jiān)測(cè)，將成為空間攻防體系建設(shè)的重要研究目標(biāo)。未來，太赫茲波雷達(dá)將重點(diǎn)突破大功率、小型化器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)更小目標(biāo)的更精確探測(cè)、更高分辨率成像和更細(xì)致目標(biāo)特征識(shí)別。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，太赫茲波領(lǐng)域的新理論、新現(xiàn)象、新方法和新應(yīng)用層出不窮。在可預(yù)見的未來，誰能在這一重要戰(zhàn)略前沿領(lǐng)域占據(jù)制高點(diǎn)，誰就有可能在未來作戰(zhàn)中掌握主動(dòng)權(quán)。

軍事應(yīng)用廣泛

太赫茲波的獨(dú)特性，使其在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用前景非常廣闊，能給爆炸物探測(cè)與鑒別、遠(yuǎn)程探測(cè)與成像、戰(zhàn)場(chǎng)和衛(wèi)星通信、導(dǎo)彈末端精確制導(dǎo)以及反恐怖襲擊安全檢查等方面帶來深遠(yuǎn)影響。

探測(cè)和鑒別爆炸物。太赫茲波的頻率很高、波長很短，具有很高的時(shí)域頻譜信噪比，且在濃煙、沙塵環(huán)境中傳輸損耗很低，可穿透墻體對(duì)房屋內(nèi)部進(jìn)行掃描，是復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下尋敵成像的理想技術(shù)。目前，太赫茲波已能識(shí)別出50多種爆炸物，利用太赫茲波照射路面，還可遠(yuǎn)距離探測(cè)地下的雷場(chǎng)分布和炸彈情況。

遠(yuǎn)程探測(cè)與成像。應(yīng)用太赫茲波技術(shù)設(shè)計(jì)寬帶雷達(dá)，可比微波雷達(dá)具有更寬的頻譜、更高的時(shí)間檢測(cè)精度和分辨率。應(yīng)用吸波材料設(shè)計(jì)的隱形飛機(jī)、艦船等，使得常規(guī)窄帶雷達(dá)對(duì)其不能進(jìn)行有效探測(cè)，但應(yīng)用太赫茲波技術(shù)設(shè)計(jì)寬帶雷達(dá)，由于具有豐富的頻率分量，可使得隱形軍事目標(biāo)的吸波涂層失去作用，對(duì)現(xiàn)有隱身技術(shù)產(chǎn)生顛覆性影響。

戰(zhàn)場(chǎng)和太空通信。太赫茲波集成了微波通信與光通信的優(yōu)點(diǎn)，具有傳輸速率高、容量大、方向性強(qiáng)、安全性高及穿透性好等諸多特性，可在大風(fēng)、沙塵及濃煙等惡劣戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，以極高的帶寬進(jìn)行定向、高保密軍事通信。此外，太赫茲波在外層空間傳輸損耗比在大氣中傳輸小很多，且能量集中、方向性強(qiáng)，與微波相比更利于應(yīng)用在太空通信領(lǐng)域。

導(dǎo)彈末端精確制導(dǎo)。由于太赫茲波具有波束窄、方向性強(qiáng)等特點(diǎn)，采用太赫茲波與紅外制導(dǎo)、電視制導(dǎo)、激光制導(dǎo)等相結(jié)合的方式，遠(yuǎn)端采用常規(guī)制導(dǎo)方法，接近目標(biāo)后使用太赫茲波修正，既可提高制導(dǎo)的準(zhǔn)確性，又可避免大氣對(duì)太赫茲波的吸收，進(jìn)一步提升導(dǎo)彈攻擊的準(zhǔn)確性。

反恐怖襲擊安全檢查。太赫茲波是天生的反恐安檢“專家”，許多爆炸物及其相關(guān)成分和毒品在太赫茲波段都有指紋譜，再加上太赫茲波的非電離性、強(qiáng)穿透性，可使其在機(jī)場(chǎng)、車站、碼頭等人口密集區(qū)提供遠(yuǎn)距離、大范圍的預(yù)警?，F(xiàn)有金屬探測(cè)器和X光安檢設(shè)備無法識(shí)別的陶瓷刀具、塑料炸藥等新型作案工具或武器，在太赫茲波下則變得“透明”。利用太赫茲波成像技術(shù)可有效地對(duì)隱藏在衣服下、包裹中的違禁品進(jìn)行成像鑒別，同時(shí)還能保證對(duì)生物體危害極小。