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(lái)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(diǎn)，具有傳輸速率高、容量大、方向性強(qiáng)、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(rèn)為未來(lái)將顛覆安檢、通信、生物醫(yī)學(xué)等諸多行業(yè)，成為各國(guó)競(jìng)相挖掘開發(fā)的熱點(diǎn)。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(jiǎn)稱THz，1 THz=1012 Hz，是指頻率范圍在0.1-10 THz，相應(yīng)的波長(zhǎng)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(kuò)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(jí)。
光子學(xué)技術(shù)的太赫茲輻射源，包括量子級(jí)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(shí)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(diǎn)，但是存在能量轉(zhuǎn)換效率和平均輸出功率低的問(wèn)題。
探索實(shí)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(jìn)太赫茲技術(shù)的研究，也是當(dāng)前太赫茲領(lǐng)域的重要發(fā)展目標(biāo)。
太赫茲探測(cè)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(qiáng)的技術(shù)。太赫茲探測(cè)技術(shù)可以分為太赫茲熱探測(cè)器和太赫茲光子型探測(cè)器兩大類。
太赫茲熱探測(cè)器的工作原理為:探測(cè)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(hào)。
在太赫茲光子探測(cè)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(jìn)而給出電信號(hào)輸出。太赫茲光子探測(cè)器通常有高的損傷閾值和大的線性響應(yīng)范圍，探測(cè)靈敏度和響應(yīng)速度間不存在相互制約，可以同時(shí)具備高探測(cè)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(wú)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(diǎn)，隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)無(wú)線通信速率的要求不斷提高，利用太赫茲波作為載波進(jìn)行無(wú)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(wú)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(shí)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(jì)價(jià)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(huì)對(duì)被測(cè)物體造成損壞，并且對(duì)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(diǎn)進(jìn)行成像技術(shù)開發(fā)，可對(duì)被測(cè)物體實(shí)現(xiàn)無(wú)損成像檢測(cè)和安全檢查。太赫茲成像分為被動(dòng)式成像和主動(dòng)式成像。
被動(dòng)式成像是通過(guò)太赫茲探測(cè)器對(duì)被測(cè)物體自身的輻射能量進(jìn)行探測(cè), 利用不同物質(zhì)輻射強(qiáng)度的差異來(lái)實(shí)現(xiàn)成像和辨別。被動(dòng)式成像是一種相對(duì)安全的成像方式，但是，成像系統(tǒng)對(duì)接收機(jī)的靈敏度要求較高。
太赫茲主動(dòng)式成像主要是通過(guò)太赫茲輻射源發(fā)射一定強(qiáng)度的太赫茲信號(hào)并照射到被測(cè)物體，利用太赫茲探測(cè)器接收被測(cè)物的反射波或者透射波，通過(guò)成像系統(tǒng)對(duì)探測(cè)器探測(cè)到的振幅和相位信息進(jìn)行分析處理，獲得被照射物體的圖像。主動(dòng)式成像系統(tǒng)可以對(duì)包括塑料、生物組織等非金屬材料進(jìn)行檢測(cè)，并且可以有效地進(jìn)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(jià)值和應(yīng)用前景。目前，國(guó)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?yàn)樘掌澆ǖ奶厥馕恢茫皬那啊毖芯康暮撩撞ǖ钠骷图t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(shí)產(chǎn)權(quán)和核心技術(shù)的成果和產(chǎn)品，推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和礦山通信技術(shù)的發(fā)展。
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