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光电信息科学与工程

前沿知识讲座报告

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基于太赫兹时域光谱的扫描近场系统

太赫兹在电磁频谱中正处于一个“空隙”的位置，电磁波普上仅存的处女地——太赫兹波段。电磁波频小于十的九次方为无线电波，大于十的九次方小于十的十一次方为微波，大于十的十一次方小于十的十三赫兹为太赫兹，大于十的十三次方赫兹小于十的十四次方赫兹为红外光，大于十的十四次方赫兹小于十的十五次方赫兹的为可见光，大于十的十五次方小于十的十六次方赫兹为紫外光，大于十的十六次方小于十的十七次方赫兹为紫外光，大于十的十七次方为x光，太赫兹正处于电子学和光子学的过渡区。是电磁频谱中待开发的部分。

太赫兹和多学科融合的，微波的优点，红外的优点即是太赫兹的优点，需要等待开发。正在与多门学科深度交叉的研究之中，物理学，化学，生物医学，材料学，天文学等。太赫兹对于推动当代科学技术发展至关重要。

1928年狄拉克预言了真空零点能，之后一百年间科学家仅证明了其存在；到2015年德国科学家利用太赫兹时域波普技术，首次直接测量到了真空量子的涨落，直接证实了狄拉克语言。该探测方法也为物理学中其他高敏度测量提供了研究手段。太赫兹在化学催化超快化学和动态化学等领域都有重要作用。太赫兹在材料学应用中是研究量子比特相干操控，铁磁材料中自旋输运等新型信息功能材料和器材特性的重要工具。但也存在很多问题。例如当一个器件从微波到太赫兹的过程尺度也变小了，因为频率高了，波长也减小，技术也要提高，存在装配等问题。也存在物理机理上的问题，例如硅半导体材料做到太赫兹以后存在电子偏移率的问题，很多材料并不适合太赫兹，无法响应那么快的速度，导致太赫兹在应用上还不能普遍应用。太赫兹器件发展推动材料发展，材料发展加快太赫兹技术发展，太赫兹与材料的发展是相辅相成的。宇宙背景辐射能量的50%位于太赫兹频段，利用高敏度太赫兹探测器有望获得天文学领域重大发现。比夜晚我们看银河系，用肉眼看到的是一幅画面，而用微波看到的确实完全不同的画面，太赫兹起着重要作用；在“世界面望远镜“(ALMA,SMA,SPT,SMT,PV,JCMT,LMT,APEX组成）就是一个太赫兹望远镜。许多生物大分子的振动与转动能级正好落在太赫兹频段，使得太赫兹频谱可以探测到许多生物分子结构等信息。2014年英国的科学家首次使用太赫兹观测到蛋白质的活体结构折叠，证明了蛋白质可以在离体情况下长时间存活。蛋白质是人体重要组成部分，通过太赫兹对蛋白质的研究对于生物医学学的发展将有着重大意义。

太赫兹在成像在军事上应用太赫兹视频SASR，太赫兹成像在工业上无损安全检测，可以穿透比较容易穿透的东西，例如陶瓷，塑料。在不久的将来，在车站地铁，快递的安检都将是太赫兹频段的。其优点在于它能量级数远低于x射线的能量级数，不会对人体造成伤害，非常安全；其次太赫兹频段可以检测人体和衣物间夹藏的非金属物品，例如陶瓷刀。

太赫兹的通信频率速率可高达50Gbps解决现在空间通信中微波宽带不够宽不够大,速率不快的问题，同时解决卫星之间激光通信的远距离跟瞄困难的问题，在室内的无线通信太赫兹同样有重要应用。太赫兹生物医学成像技术中，太赫兹在皮肤癌治疗和发现，DNA的探测Thz断层成像，Thz生物化学应用，药物的分析和检测等方面都显示了强大的功能和成效。并在生命科学研究中有重大突破。

太赫兹扫描近场显微技术发展

获取高空间分辨率存在许多方法各有不同，各有优缺点。共焦法，孔径法，波导法，动态孔散射法，针尖散射法，晶体直接探测法， 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 的动态过程同时，太赫兹时谱分辨率所受到衍射极限的限制。

通过这次专业前沿讲座的听讲，我收获很多，了解了很多与光学相关的知识。了解到太赫兹相关技术知识，了解到太赫兹在物理学生物医学材料学等方面应用发展存在的问题，发展的前景等。让我对大学学习有了方向，有了目标。让我不在对大学学习感到迷茫。太赫兹在未来的发展与应用存在巨大的开发空间，既是机遇也是挑战。通过本次学习加深了我对光学的更深理解，开拓了我的眼界，光学在我们生产生活是重要的，在未来十年间将飞速发展。在我看来太赫兹在军事上的通讯加密将是非常重要的发展方向，而材料技术问题将是主要面临问题，材料发展更好的支持太赫兹技术发展。

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