太赫茲是一種新的、有很多獨特優(yōu)點的輻射源。太赫茲技術是一個非常重要的交叉前沿領域，它有機融合了光學和射頻技術（RF）的優(yōu)勢。太赫茲波位于紅外波段與微波波段之間，相比其他波段具有高透射性、低能量性、相干性、指紋光譜以及瞬態(tài)性等特點。隨著太赫茲成像技術在空間通信、雷達探測、航天航空以及生物醫(yī)療等領域的廣泛應用，已經(jīng)表現(xiàn)出傳統(tǒng)成像技術（如可見光、超聲波和X射線成像）無法比擬的優(yōu)勢。
近期，中國科學院上海技術物理研究所紅外物理國家重點實驗室國家杰出青年基金獲得者黃志明究員課題組在《紅外技術》期刊上發(fā)表了以“太赫茲成像技術研究進展及應用”為主題的綜述文章。黃志明究員主要從事紅外與太赫茲相關領域的研究工作。
這項研究首先對太赫茲時域光譜（THz-TDS）成像技術以及非制冷微測輻射熱計太赫茲成像技術的發(fā)展現(xiàn)狀進行綜述，再介紹太赫茲成像技術在國家安全、安全檢查、生物醫(yī)學以及環(huán)境監(jiān)測等方面的典型應用，最后指出太赫茲成像技術在發(fā)展中存在的限制因素并給出合理的建議。
太赫茲輻射產(chǎn)生方法：(a) 光電導效應；(b)光整流效應；(c)空氣等離子體效應
隨著信息技術的快速發(fā)展，THz-TDS成像技術在工程（如資源勘探和食品加工）、高速通信、天文研究以及生物醫(yī)療等領域表現(xiàn)出廣闊的應用前景。越來越多的國家和科研單位開始對THz-TDS成像技術進行深入的研究，獲得了高信噪比、高分辨率的圖像，滿足了不同領域的應用需求。詳述了太赫茲脈沖掃描成像、太赫茲實時成像、太赫茲近場成像、太赫茲共焦掃描成像、太赫茲三維成像、太赫茲差分成像和偏振成像等太赫茲成像技術的的發(fā)展現(xiàn)狀。
太赫茲近場成像系統(tǒng)
太赫茲實時焦平面成像系統(tǒng)
許多太赫茲成像器件需要在室溫下工作，因此開展室溫下的太赫茲成像技術研發(fā)是十分必要的。通過使用熱敏微橋結(jié)構的太赫茲探測器不僅具有探測波段寬、陣列規(guī)模大、集成度高、實時成像等顯著特點，而且使系統(tǒng)更加趨于小型化、便攜式以及實用化。太赫茲成像技術通過引入熱敏微橋結(jié)構，不僅使太赫茲系統(tǒng)成像質(zhì)量得到明顯提高，而且使其具有室溫工作、實時成像、小型化和實用化等特點。
雙層微橋結(jié)構太赫茲探測示意圖
太赫茲成像技術所表現(xiàn)出的優(yōu)異特性可應用于國家安全、安全檢查、生物醫(yī)學、無損檢測、目標雷達成像、環(huán)境監(jiān)測和天文研究等領域，具有十分重要的實用價值和學術價值。
太赫茲成像系統(tǒng)必須滿足高分辨率、實時性好、便攜性以及靈敏度高等性能的要求。對于目前可以有效改進太赫茲成像性能的技術手段，我們認為可以從以下幾點考慮：（1）通過使用高性能材料（如石墨烯、硅烯、黑磷等），利用新材料的優(yōu)異性能不斷研發(fā)新的器件。（2）通過使用超表面結(jié)構增加對太赫茲輻射的耦合吸收。（3）通過消除背景噪聲與干涉效應，提高太赫茲成像系統(tǒng)獲取信息的能力，例如可以發(fā)展單像素成像、CS理論以及優(yōu)化光學系統(tǒng)等技術。（4）通過引入太赫茲天線，將THz 能量耦合到探測器的探測單元上，提高對太赫茲輻射的收集能力。（5）相比傳統(tǒng)的太赫茲成像器件，微橋結(jié)構的太赫茲焦平面探測陣列器件具有探測波段寬、陣列規(guī)模大、集成度高、實時成像、小型化、便攜式以及實用化等優(yōu)勢。
我國太赫茲成像技術起步較晚，有許多關鍵技術還需要攻克，所以需要科學研究機構和產(chǎn)業(yè)集團加強合作，研制出擁有自主產(chǎn)權的太赫茲成像技術，使太赫茲成像技術在我國形成產(chǎn)業(yè)化，更好地為我國的國防和民生建設服務。
該項目獲得國家自然科學基金委員會重點項目（12134016）、杰出青年基金（61625505）和中國科學院基礎前沿科學研究計劃（ZDBS-LY-JSC025）的支持。該研究第一作者為中國科學院上海技術物理研究所紅外物理國家重點實驗室碩士研究生周強國，主要從事紅外成像及太赫茲探測技術的研究工作。
