是光还是波,未来之光太赫兹波

太赫兹波是指频率在 0.1~10 THz(波长在0.03~3mm)波段的电磁波,简称THz,太赫兹波的特别之处是它的长波段与微波(毫米波)相重合,而短波段与红外线(远红外)相重合,即不是微波,也不是红外线,而是自成一派。从2004年开始,世界上的科技大国都对太赫兹波倾注了非常大的科研力量,甚至有人们将太赫兹波的发现与石墨烯相提并论,一致认为它也将是改变人类未来的十大科技之一。

目前世界上太赫兹波技术位居前列的是美德日、紧随其后是中国。太赫兹波开发属于核心技术,一直以来被西方发达国家和日本所垄断,在西方国家的技术封锁之下,我国坚持独立自主研究,已取得了不少突破。

太赫兹波图片

太赫兹波有什么突出的地方使得人们不遗余力地去研究它。据了解,太赫兹波未来的应用范围十分广泛,甚至对某些现有的技术都是颠覆性质的变革。太赫兹波已知的应用有:

1、安检。这是太赫兹波目前已经实现的应用,使用太赫兹波的安检机有低辐射,反应快,对刀、枪、汽油、毒品等危险要素均有非常准确的探知力,未来必将取代现有X光安检机。

2、医疗检测。太赫兹波拥有独特的光谱,医疗人员未来能通过太赫兹波直接检测DNA或者分子,能为人类发现更早地发现病因,例如早期癌症细胞。

3、无人驾驶。太赫兹拥有非常宽的带宽,能更有效监测到更多的物体,收集更多的信息。谷歌,特斯拉等开发无人驾驶的公司均以太赫兹波研究为主要方向。

4、国防。因为太赫兹的波长很短,远小于微波与毫米波的波长,能达到更高的精度,而且穿透力远远强于激光雷达,当太赫兹波应用于军事雷达时,F22、F35或许不再是“隐”身飞机。

5、通信。太赫兹波拥有更快的传输速率,据说达到了10Gbit/s,未来的无线通信也可能以太赫波为信号,好吧,移动6G/7G网络的未来就靠它了。

太赫兹波拥有无限的发展潜力,但是它的发展却没有像石墨烯那样顺风顺水,目前太赫兹波的技术瓶颈是波源材料问题。这是由于太赫兹波处于微波与激光的交叉过渡区域,其研究领域涉及到物理学、光学工程、材料科学、半导体科学技术、真空电子学、电磁场技术等许多领域,没有综合的科研实力往往会顾此失彼。所以,对太赫兹波的研究也代表着一个国家的综合科研能力。

太赫兹波图片

目前,太赫兹波仪器价格十分昂贵,且体积巨大。这主要在于其发射波源材料和屏蔽材料均不太理想。这些年,随着二维材料的探索和发现,有国外学者提出石墨烯是作为太赫兹波波源的理想发射材料,此外,也有学者认为单层二硫化钨具有更优质的导体性能和光学性能,是比石墨烯材料更上一层楼的波源发射材料。

幸运的是,我国既是石墨烯生产大国,也是钨资源储量大国,所以不管是石墨烯还是钨均有不求于人的资源优势。中钨在线新闻网认为,如果非要将石墨烯与单层二硫化钨两种新型二维材料作对比,石墨烯更有可能会被大规模普及制造太赫兹波仪器,这主要是其拥有巨大的价格优势,而单层二硫化钨具有相对更高的性能优势,适于在军事、航天科技等特殊领域专门应用。科技拥有无限可能,未来,太赫兹波一定还会有很多我们未知的功能在等待我们发现。

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