当前课程知识点：水下声信道 > 学习资料 > 热点前沿国际动态 > 国防科技大学气象海洋学院博士曾旸为您讲述—— “优美”太赫兹：空白远未填充
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●它是迄今为止人类开发最少的波段，曾一度被人遗忘
●它卓尔不群，被誉为“改变未来世界的十大技术之一”
●它是“第五维战场”的拓展者，在军事应用上潜力巨大
在抗击新冠肺炎疫情期间，一种基于太赫兹人体安检仪改造开发而成的“全过程无接触测温安检一体机”，在上海等地投入使用，成为防控疫情的新装备。“太赫兹”这个带有几分神秘色彩的物理学名词，也再次引起人们的关注。
“寻常看不见，偶尔露峥嵘。”近年来，太赫兹只要一亮相，就会引来各类科技类报刊、网站的争相报道，其多项技术应用的吸睛能力堪比“网红”。那么，它到底有着怎样的“高贵”身份和诱人的应用前景呢？
太赫兹空白，一道高难度“填空题”
在物理学中，光是一种电磁波。但电磁波是各不相同的，差异就在于电磁振荡的频率。太赫兹，这个听上去颇有些“高大上”的名字，具体指的是一个波动频率单位，泛指频率在0.1～10太赫兹波段内的电磁波。
然而，看似平常一段“波”，太赫兹却与众不同。从频率上看，它处于射频的高频端（毫米波）和光学的低频端（远红外）之间，高于毫米波而低于红外线；从能量上看，其大小则在电子和光子之间。
这一频段是光波与射频电磁波相互过渡、相互融合的区间。太赫兹的独特之处就体现于此。从物理学上讲，太赫兹处于由宏观经典理论向微观量子理论、电子学向光子学过渡的交叉区域，它既不完全适合用光学理论来看待，也不完全适合用微波理论来研究。
正是由于“不前不后”的特殊频段和“高不成低不就”特殊性质，使得太赫兹辐射的产生和检测都非常困难，让人“找不着”“摸不透”。20多年前，太赫兹波一度被人“遗忘”，以至于留下了一片后人称之的“太赫兹空白”。它犹如一道难度系数极高的“填空题”，让物理学家发出了“想说爱你不容易”的感慨。
纵观物理学发展史，可以发现处于太赫兹两侧的红外和微波技术，早在上世纪80年代就已发展成熟并获得广泛应用。唯有对太赫兹，人类却知之不多，成了迄今为止了解最少、开发最少的一个波段。
波段卓尔不群，优势独特很诱人
相比其他电磁波，太赫兹确实有些“高冷”，让人感到有些“生分”，甚至一度被遗忘，但“我就在那儿”，也并不缺乏“追求者”。因为，太赫兹有着卓尔不群的波段，其独特优势无时不刻在闪耀着科学的光芒。
对于太赫兹的“优美”，物理学家的探索和认识在逐步深入。它有机融合了光学和射频的优势：太赫兹对许多介电材料均有较好的穿透性，能以很小的衰减穿透诸如陶瓷、脂肪、碳板、布料、塑料等物质；太赫兹的光子能量很小，远低于X光等传统透视探测光，不会造成被探测物的破坏；太赫兹波极高的频率使得时间分辨率显著提高，从而具备更强的时间和空间调制和分辨能力。此外，太赫兹对应的波长，正处于微观世界与宏观世界的结合过渡区域，许多极性分子和生物大分子，在这一频段都具有“指纹”特性的独特光谱结构，由此可以获得丰富的生物及其材料信息。
这些独特优势，使太赫兹拥有极为广阔的应用前景：利用太赫兹相关技术，可以加深对物理学、化学、天文学、信息学和生命科学中一些基本科学问题的认识，推进太赫兹在生物医学、航空航天、天文探测等领域的应用。比如，我们前面提到的安检应用，运用太赫兹成像技术，可以穿透遮挡物，非接触地对人体进行高分辨率成像，并结合光谱信息识别违禁物品，且对人体几乎没有电离损伤。
进入新世纪，随着材料科学、精密加工等相关领域技术的快速发展，太赫兹波的发射、调制和检测已由“不可能”变为“可能”，国际科学界将其视为“改变未来世界的十大技术之一”，许多国家纷纷加大对太赫兹技术的研究与应用力度。
从近几年的科技新闻中，不时有太赫兹的“身影”。如去年4月，事件视界望远镜合作组织发布的人类首张黑洞照片，就融合了多台太赫兹望远镜的观测数据；去年8月，我国气象局对超强台风“利奇马”的及时预警，就有太赫兹大气遥感卫星的贡献。
军事应用，拓展“第五维战场空间”
随着科学技术进步，对于太赫兹的空白，科学家们越来越有信心去填充了。虽任重而道远，但毕竟已经起跑并正在加速。
历史上，很多技术突破往往最先应用于军事。姗姗来迟的太赫兹，在军事领域有着广阔的应用前景，特别是现代战争已从陆、海、空、天拓展到第五维电磁空间，它理所当然地成为了夺取电磁空间、谋取军事竞争优势的关键技术，担当起拓展“第五维战场空间”的角色。在目标探测、保密通信、战场感知、精确制导和安全检测等方面有望带来突破性变革，特别是在以下3个方面将大显身手：
高速率保密通信。太赫兹通信同时兼容了微波通信和光通信的优点。太赫兹波具有更高的载频和带宽，通信传输速率高、容量大，可以实现比5G通信高100倍的数据传输率和微秒级的网络延迟，能为未来信息化作战提供高速、海量的数据支撑。太赫兹波在大气中传输的局域性强、方向性高、穿透性好，因此太赫兹通信难以被远距离侦察监听，可用于战场环境下定向、高速率的保密通信。
高分辨率成像目标探测。太赫兹雷达作为一种先进探测技术，目前在国际上掀起了一股研究热潮，其可行性已通过实验验证。利用太赫兹波优异的空间和时间分辨能力，能提供更加丰富的目标信息，实现对目标的高分辨率成像，还可对动态目标进行高精度的微动参数估计，为目标准确分类、识别提供重要依据；太赫兹雷达的工作频率远超当前隐身技术所覆盖的频率范围，而其较短的波长甚至可与目标表面的粗糙起伏等细微结构相互作用，因此，不论是形状隐身、涂料隐身，还是等离子体隐身，在太赫兹雷达探测下都有可能“露出马脚”。
战场感知与探测成像。利用太赫兹波的强穿透性和对空间的高度敏感性，可用于局部战场环境感知，甚至对局部环境中的生物特征（呼吸、心跳）和环境特征（障碍、陷阱）等进行探测，还能穿透伪装和一些墙体，对隐蔽者进行三维立体成像，如探测隐蔽的武器、伪装埋伏的武装人员和显示沙尘或烟雾中的坦克、火炮等装备，远距离探测地雷等。
声明：本文为转载文章，目的是为读者提供多样化视角，不代表本公众号赞成其观点
THE END
文字 | 转载自“解放军报”
图片 | 来源于网络
-1.1 引言
--1.1 引言
-1.1 引言作业
-1.2声呐系统和声信道模型
-1.2声呐系统和声信道模型作业
-2.1 平均能量信道概述
--平均能量信道概述
-2.1 平均能量信道概述作业
-2.2 海水中的声速
-2.2 海水中的声速作业
-2.3 海水中的声吸收、海洋环境噪声
-2.3 海水中的声吸收、海洋环境噪声作业
-2 .4 海底反射损失
-2 .4 海底反射损失作业
-2.5 分层介质中的射线声学
-2.5 分层介质中的射线声学作业
-2.6 等梯度水层中的声线和声场
-2.6 等梯度水层中的声线和声场作业
-2.7 深海声传播方式与扩展损失
-2.7 深海声传播方式与扩展损失作业
-2.8.1 浅海的PEKERIES模型
-2.8.1 浅海的PEKERIES模型作业
-2.8.2 浅海的PEKERIES模型（二）
-2.8.2 浅海的PEKERIES模型（二）作业
-3.1 相干多途信道概述
-3.1 相干多途信道概述作业
-3.2 相干多途信道系统函数
-3.2 相干多途信道系统函数作业
-3.3 相关器和匹配滤波器
-3.3 相关器和匹配滤波器作业
-3.4 信号模糊度函数
-3.4 信号模糊度函数作业
-3.5 拷贝相关器在相干多途信道中的响应
-3.5 拷贝相关器在相干多途信道中的响应作业
-3.6 自适应相关器
--自适应相关器
-3.6 自适应相关器作业
-3.7 自适应相关器在相干多途信道中的响应
-3.7 自适应相关器在相干多途信道中的响应作业
-3.8 相干多途信道中的互相关
-3.8 相干多途信道中的互相关作业
-3.9.1 时间反转镜技术原理
-3.9.1 时间反转镜技术原理作业
-3.9.2 时间反转镜技术分类
-3.9.2 时间反转镜技术分类作业
-4.1 随机时变空变信道理论基础
-4.1 随机时变空变信道理论基础
-4.2 随机声场的一般概念和描述
--4.2 声信号起伏作业
-4.3 时变信道的系统函数
-4.3 时变信道的系统函数作业
-4.4 随机时变信道的系统函数
-4.4 随机时变信道的系统函数作业
-4.5.1 广义平稳信道WSS信道、非相关散射信道US信道（一）
--4.5.1 广义平稳信道WSS信道、非相关散射信道US信道（一）
-4.5.1 广义平稳信道WSS信道、非相关散射信道US信道（一）作业
-4.5.2 广义平稳信道WSS信道、非相关散射信道US信道（二）
--4.5.2 广义平稳信道WSS信道、非相关散射信道US信道（二）
-4.5.2 广义平稳信道WSS信道、非相关散射信道US信道（二）作业
-4.6.1 广义平稳非相关散射信道WSSUS
-4.6.1 广义平稳非相关散射信道WSSUS
-4.6.2 匹配滤波器在WSSUS信道中的响应
-4.7 散射函数
--4.7 散射函数
-4.7 散射函数作业
-4.8 相干函数
--4.8 相干函数
-4.8 相干函数作业
-5.1 缓慢时变信道的相干多途信道
-5.1 缓慢时变信道的相干多途信道作业
-5.2.1 散射函数实验结果（一）
-5.2.1 散射函数实验结果（一）作业
-5.2.2 散射函数实验结果（二）
--Video
-第五章 缓慢时变的相干多途信道--5.2.2 散射函数实验结果（二）
-5.3 信道相干性的测量方法
-第五章 缓慢时变的相干多途信道--5.3 信道相干性的测量方法
-5.4.1 相干信道中运动声源的系统函数（一）
-第五章 缓慢时变的相干多途信道--5.4.1 相干信道中运动声源的系统函数（一）
-5.4.2 相干信道中运动声源的系统函数（二）
-第五章 缓慢时变的相干多途信道--5.4.2 相干信道中运动声源的系统函数（二）
-5.5 目标运动时互相关的损失
-第五章 缓慢时变的相干多途信道--5.5 目标运动时互相关的损失
-6.1 混响信道概述
-6.1 混响信道概述--作业
-6.2 混响的平均特性
-第六章 混响信道--6.2 混响的平均特性
-6.3 混响的散射函数
-第六章 混响信道--6.3 混响的散射函数
-6.4 混响的多普勒特性
-第六章 混响信道--6.4 混响的多普勒特性
-6.5 混响的统计特性&抗混响
-第六章 混响信道--6.5 混响的统计特性&抗混响
-7.1 目标信道
--7.1 目标信道
-第七章 主动声呐目标信道--7.1 目标信道
-7.2 相干目标信道与多亮点模型
-第七章 主动声呐目标信道--7.2 相干目标信道与多亮点模型
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