在電磁波譜里有一段神秘的波段，近些年逐漸被科學(xué)家揭開了神秘的面紗，這就是被稱之為“改變未來世界的十大技術(shù)”之一的太赫茲波。太赫茲這一曾被“遺忘”的波段，集成了微波通信與光通信的優(yōu)點，具有傳輸速率高、容量大、方向性強、安全性高及穿透性好等諸多特性，它不僅在軍事通信應(yīng)用上有著誘人的前景，在民用領(lǐng)域里，被認為未來將顛覆安檢、通信、生物醫(yī)學(xué)等諸多行業(yè)，成為各國競相挖掘開發(fā)的熱點。本文提出將太赫茲通信技術(shù)用于礦山通信的構(gòu)想。
太赫茲(Terahertz)波，簡稱THz，1 THz=1012 Hz，是指頻率范圍在0.1-10 THz，相應(yīng)的波長在3 mm-30μm，太赫茲波介于毫米波和紅外光之間的電磁波譜區(qū)域。
電子學(xué)技術(shù)的太赫茲輻射源，包括返波管、耿氏振蕩器以及固態(tài)倍頻源等，這是毫米波技術(shù)向高頻方向的擴展，這類太赫茲輻射源工作于1 THz以下，輸出功率通常在數(shù)十微瓦到毫瓦量級。
光子學(xué)技術(shù)的太赫茲輻射源，包括量子級聯(lián)激光器、自由電子激光器和氣體激光器等，這是激光技術(shù)向低頻方向的延伸，這類太赫茲輻射源輸出功率較大，具有很好的應(yīng)用潛力。基于太赫茲激光器的光頻梳技術(shù)在高分辨成像和成譜應(yīng)用方面的前景廣闊。
激光技術(shù)的太赫茲輻射源，這類技術(shù)是1 THz附近向高頻和低頻方向同時發(fā)展的太赫茲輻射源技術(shù)，這類太赫茲輻射源具有脈寬窄、峰值功率高等優(yōu)點，但是存在能量轉(zhuǎn)換效率和平均輸出功率低的問題。
探索實現(xiàn)室溫、高輸出功率、連續(xù)可調(diào)諧和小型化的輻射源將大大促進太赫茲技術(shù)的研究，也是當前太赫茲領(lǐng)域的重要發(fā)展目標。
太赫茲探測技術(shù)涉及到物理學(xué)、光電子學(xué)、材料科學(xué)和半導(dǎo)體技術(shù)等，是一門綜合性很強的技術(shù)。太赫茲探測技術(shù)可以分為太赫茲熱探測器和太赫茲光子型探測器兩大類。
太赫茲熱探測器的工作原理為:探測材料吸收太赫茲輻射，引起材料溫度、電阻等參數(shù)的改變，再將其轉(zhuǎn)換為電信號。
在太赫茲光子探測器中，電磁輻射被材料中的束縛電子或自由電子直接吸收，引起電子分布的變化，進而給出電信號輸出。太赫茲光子探測器通常有高的損傷閾值和大的線性響應(yīng)范圍，探測靈敏度和響應(yīng)速度間不存在相互制約，可以同時具備高探測靈敏度和快速響應(yīng)能力。
太赫茲通信技術(shù)建立在傳統(tǒng)無線通信的基礎(chǔ)之上，由于太赫茲通信系統(tǒng)具有帶寬大、傳輸速率高、保密性好等特點，隨著現(xiàn)代社會對無線通信速率的要求不斷提高，利用太赫茲波作為載波進行無線通信成為現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展的必然。太赫茲通信的應(yīng)用，包括短距離高速無線通信、空間通信和復(fù)雜軍事環(huán)境條件下的保密通信等。
太赫茲通信技術(shù)可以實現(xiàn)更高速率的信息傳輸，搶占帶寬資源，這不僅具有很高的經(jīng)濟價值，還具有非常高的戰(zhàn)略意義。
太赫茲通信技術(shù)應(yīng)用構(gòu)想，太赫茲鏈路應(yīng)用于基站間和設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸。
太赫茲頻段光子能量較低，不會對被測物體造成損壞，并且對某些非極性材料具有良好的穿透能力，因此利用太赫茲波的穿透性和安全性等優(yōu)點進行成像技術(shù)開發(fā)，可對被測物體實現(xiàn)無損成像檢測和安全檢查。太赫茲成像分為被動式成像和主動式成像。
被動式成像是通過太赫茲探測器對被測物體自身的輻射能量進行探測, 利用不同物質(zhì)輻射強度的差異來實現(xiàn)成像和辨別。被動式成像是一種相對安全的成像方式，但是，成像系統(tǒng)對接收機的靈敏度要求較高。
太赫茲主動式成像主要是通過太赫茲輻射源發(fā)射一定強度的太赫茲信號并照射到被測物體，利用太赫茲探測器接收被測物的反射波或者透射波，通過成像系統(tǒng)對探測器探測到的振幅和相位信息進行分析處理，獲得被照射物體的圖像。主動式成像系統(tǒng)可以對包括塑料、生物組織等非金屬材料進行檢測，并且可以有效地進行三維成像。
結(jié) 論
由于太赫茲波在電磁波譜中的特殊位置，使其具有重要的學(xué)術(shù)價值和應(yīng)用前景。目前，國內(nèi)外在太赫茲應(yīng)用技術(shù)方面都取得了一些重要的研究成果，也正是因為太赫茲波的特殊位置，“從前”研究的毫米波的器件和紅外器件，都可以“華麗”轉(zhuǎn)身，為太赫茲技術(shù)的應(yīng)用服務(wù)。可以預(yù)見，隨著太赫茲技術(shù)的不斷成熟，太赫茲通信技術(shù)領(lǐng)域，將產(chǎn)生出更多具有自主知識產(chǎn)權(quán)和核心技術(shù)的成果和產(chǎn)品，推動國民經(jīng)濟的發(fā)展和礦山通信技術(shù)的發(fā)展。
