1.4 太赫兹产品
太赫兹（THz）产品工作在 0.1~10 THz 频段（波长 30 μm~3 mm），处于微波与红外之间的"THz Gap"。它兼具微波的穿透能力和红外光谱分析能力，能穿透纺织品、陶瓷、纸张等非金属材料，同时对液态水强烈吸收，并能识别特定分子的"指纹谱"。这些特性使太赫兹在安检、无损检测、材料表征领域具有独特价值，也是光电领域发展最活跃的前沿方向之一。
一、产品技术路线分类
| 技术路线 |
工作原理 |
主要频率 |
代表产品形式 |
| THz 时域光谱（TDS） |
飞秒激光泵浦 GaAs/ZnTe 产生 THz 脉冲，飞秒激光门控探测时域波形 |
0.1~4 THz（宽带） |
实验室光谱仪、厚度测量系统 |
| THz 连续波（CW） |
两束激光拍频光混频，或导波器件倍频 |
固定点频 or 扫频 |
快速扫描成像、气体检测 |
| 主动成像（反射/透射） |
主动发射 THz 波，探测目标散射/透射 |
0.1~1 THz |
安检成像系统、在线无损检测 |
| 被动成像（毫米波） |
探测目标自身的 THz/毫米波辐射（温度辐射） |
70~100 GHz（毫米波） |
远距离安检、低能见度成像 |
| 量子级联激光（QCL） |
半导体量子阱发射 THz 连续激光（需制冷） |
1~5 THz |
高功率 THz 源、精密光谱 |
| 光导天线（PCA） |
飞秒激光照射 GaAs 天线激发 THz 辐射 |
0.1~3 THz |
TDS 发射/探测器核心 |
二、典型产品与系统形态
| 系统类型 |
技术基础 |
关键参数 |
应用场景 |
| 主动 THz 人体安检仪 |
CW 0.1~1 THz 反射 |
成像分辨率 < 3 mm，扫描时间 < 3 s/人 |
机场、地铁、赛事安检 |
| THz-TDS 材料分析系统 |
飞秒激光 + PCA，0.1~4 THz |
动态范围 > 60 dB，频率分辨率 < 1 GHz |
实验室材料表征、药物研发 |
| THz 多层薄膜测厚仪 |
反射式 TDS 或 CW |
厚度精度 < 1 μm，分辨率（深度）~20 μm |
涂层/油漆/聚合物膜在线质控 |
| THz 无损检测扫描系统 |
TDS（反射或透射扫描） |
横向分辨率 0.5~3 mm，深度分辨率 0.1~0.5 mm |
碳纤维复合材料、电子封装 |
| 毫米波被动成像系统 |
焦平面阵列，77~94 GHz |
远距离（10~20 m），分辨率约 20 mm @ 5 m |
通廊式安检、车辆人员监测 |
三、关键参数说明
| 参数 |
含义 |
典型值 |
| 带宽（Bandwidth） |
TDS 系统可用的频率宽度 |
0.1~4 THz（超快 PCA） |
| 动态范围（DR） |
有效测量的信号最大/最小比值 |
> 60 dB（TDS，峰值时域） |
| 信噪比（SNR） |
单频下的频域 SNR |
> 40 dB @ 0.5 THz |
| 频率分辨率 |
TDS 可分辨相邻频率的最小间隔 |
取决于时延扫描长度，典型 1~3 GHz |
| 横向分辨率 |
成像时可分辨的最小侧向细节 |
约等于衍射极限 $\lambda/2$，0.3 THz 时约 0.5 mm |
| 穿透深度 |
在指定材料中的有效穿透厚度 |
干燥纸/聚乙烯：数 cm；含水材料：< 1 mm |
| 数据采集速率 |
光谱点/成像速率 |
TDS 逐点扫描：毫秒/点；CW 线扫：实时帧率 |
四、物质透过性概览
✅ 高透过（适合透视成像）：
纺织品（棉、毛、化纤）/ 纸张 / 硬纸板 / 塑料 / 陶瓷
干燥木材 / 聚氨酯泡沫 / 发泡材料
❌ 不透或强衰减：
金属（强反射）/ 液态水（强吸收）/ 碳纤维层（部分透过，导电性影响）
人体皮肤（含水量高，仅穿透 0.1~0.2 mm）
五、爆炸物与药物 THz 指纹谱
许多固体有机分子在 THz 频段有特征吸收峰（指纹谱），是 THz 光谱检测违禁物品的物理基础：
| 物质 |
主要 THz 指纹频率 |
| RDX（黑索金） |
0.82、1.05、1.50 THz |
| TNT |
1.44、1.67、2.20 THz |
| PETN |
2.01 THz |
| 可卡因 |
1.33、1.64 THz |
| 对乙酰氨基酚（扑热息痛） |
1.73、2.08 THz |
六、与 X 射线、毫米波的横向比较
| 维度 |
THz（主动） |
毫米波（被动/主动） |
X 射线 |
| 频率范围 |
0.1~10 THz |
30~300 GHz |
10¹⁷~10¹⁹ Hz |
| 辐射安全 |
非电离，对人体安全 |
非电离，功率低于限值 |
电离辐射，有累积剂量限制 |
| 金属穿透 |
不透（强反射） |
不透（钢铁） |
可穿透（薄件） |
| 非金属穿透 |
优秀（干燥） |
良好（厚度较 THz 更大） |
对低 Z 材料对比度低 |
| 空间分辨率 |
0.5~3 mm |
5~20 mm |
0.1~1 mm |
| 物质指纹识别 |
可（分子振转谱） |
否 |
否（仅密度） |
| 成本 |
高 |
中 |
低~中 |
参考资料
- 第 7.5~7.9 节：太赫兹技术原理
- Tonouchi, M. \"Cutting-edge terahertz technology\", Nature Photonics, 2007
- Dhillon et al., \"The 2017 terahertz science and technology roadmap\", Journal of Physics D, 2017
更新时间
2026-03-03