未来发展前瞻：辐射出THz电磁波

THz辐射的产生

两种方案：光导激发机制和光整流效应。

光导机制是利用超短激光脉冲泵浦光导材料(如GaAs 等半导体)，使在其表面激发载流子，这些载流子在外加电场作用下加速运动，从而辐射出THz电磁波。其性能决定于三个因素：光导体、天线几何结构和泵浦激光脉冲宽度。

光整流效应是一种非线性效应，是利用激光脉冲(脉冲宽度在亚皮秒量级)和非线性介质(如ZeTe等)相互作用而产生低频电极化场，此电极化场辐射出THz电磁波。电磁波的振幅强度和频率分布决定于激光脉冲的特征和非线性介质的性质。

用光导天线辐射的THz电磁波能量通常比用光整流效应产生的THz波能量强。因为光整流效应产生的THz波的能量仅仅来源于入射的激光脉冲的能量，而光导天线辐射的THz波的能量主要来自天线上所加的偏置电场，可以通过调节外加电场的大小来获得能量较强的THz波。

THz 辐射的特性

(1)瞬态性：THz脉冲的典型脉宽在皮秒量级。

(2)宽带性：THz脉冲源通常只包含若干个周期的电磁振荡，单个脉冲的频带可以覆盖从GHz至几十THz的范围。

(3)相干性：THz的相于性源于其产生机制。

(4)低能性：THz光子的能量只有毫电子伏特，与X射线相比，不会因为电离而破坏被检测的物质。

(5)穿透力：THz 辐射对于很多非极性物质，如电介质材料及塑料、纸箱、布料等包装材料有很强的穿透力，可用来对已经包装的物品进行质检或者用于安全检查。

(6)大多数极性分子如水分子、氨分子等对 THz辐射有强烈的吸收，可以通过分析它们的特征谱研究物质成分或者进行产品质量控制。

THz技术存在的问题

由于大部分生物组织中含有丰富的水分，而水对THz辐射吸收很强，大大降低了生物样品成像的灵敏度，对含水多的样品不能成清晰的像，特别是厚的样品不能进行透射成像，这严重限制了THz成像在生物医学上的应用。

目前大部分采用飞秒激光器所产生的THz波的平均能量只有纳瓦数量级，对于单点探测可以达到100000或更高的信噪比，但是实时二维成像的信噪比却很低。成像要获得高的信噪比，需要有更高的能量源。

在数据处理方面，提取样品参数的方法还不太成熟，处理过程尽管已经比较复杂但是仍然有一些问题没有考虑进去。

现有的THz时域光谱系统及成像系统的设备不仅价格昂贵，信息处理过程也很复杂，有待于进一步实用化。为了在医学上应用THz技术，还要使THz系统向微型化发展。

（参考文献：THz技术进展_王秀敏_首都师范大学学报）