太赫茲是一種新的、有很多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)的輻射源。太赫茲技術(shù)是一個(gè)非常重要的交叉前沿領(lǐng)域，它有機(jī)融合了光學(xué)和射頻技術(shù)（RF）的優(yōu)勢(shì)。太赫茲波位于紅外波段與微波波段之間，相比其他波段具有高透射性、低能量性、相干性、指紋光譜以及瞬態(tài)性等特點(diǎn)。隨著太赫茲成像技術(shù)在空間通信、雷達(dá)探測(cè)、航天航空以及生物醫(yī)療等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，已經(jīng)表現(xiàn)出傳統(tǒng)成像技術(shù)（如可見(jiàn)光、超聲波和X射線成像）無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。
近期，中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所紅外物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室國(guó)家杰出青年基金獲得者黃志明究員課題組在《紅外技術(shù)》期刊上發(fā)表了以“太赫茲成像技術(shù)研究進(jìn)展及應(yīng)用”為主題的綜述文章。黃志明究員主要從事紅外與太赫茲相關(guān)領(lǐng)域的研究工作。
這項(xiàng)研究首先對(duì)太赫茲時(shí)域光譜（THz-TDS）成像技術(shù)以及非制冷微測(cè)輻射熱計(jì)太赫茲成像技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，再介紹太赫茲成像技術(shù)在國(guó)家安全、安全檢查、生物醫(yī)學(xué)以及環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面的典型應(yīng)用，最后指出太赫茲成像技術(shù)在發(fā)展中存在的限制因素并給出合理的建議。
太赫茲輻射產(chǎn)生方法：(a) 光電導(dǎo)效應(yīng)；(b)光整流效應(yīng)；(c)空氣等離子體效應(yīng)
隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，THz-TDS成像技術(shù)在工程（如資源勘探和食品加工）、高速通信、天文研究以及生物醫(yī)療等領(lǐng)域表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。越來(lái)越多的國(guó)家和科研單位開(kāi)始對(duì)THz-TDS成像技術(shù)進(jìn)行深入的研究，獲得了高信噪比、高分辨率的圖像，滿足了不同領(lǐng)域的應(yīng)用需求。詳述了太赫茲脈沖掃描成像、太赫茲實(shí)時(shí)成像、太赫茲近場(chǎng)成像、太赫茲共焦掃描成像、太赫茲三維成像、太赫茲差分成像和偏振成像等太赫茲成像技術(shù)的的發(fā)展現(xiàn)狀。
太赫茲近場(chǎng)成像系統(tǒng)
太赫茲實(shí)時(shí)焦平面成像系統(tǒng)
許多太赫茲成像器件需要在室溫下工作，因此開(kāi)展室溫下的太赫茲成像技術(shù)研發(fā)是十分必要的。通過(guò)使用熱敏微橋結(jié)構(gòu)的太赫茲探測(cè)器不僅具有探測(cè)波段寬、陣列規(guī)模大、集成度高、實(shí)時(shí)成像等顯著特點(diǎn)，而且使系統(tǒng)更加趨于小型化、便攜式以及實(shí)用化。太赫茲成像技術(shù)通過(guò)引入熱敏微橋結(jié)構(gòu)，不僅使太赫茲系統(tǒng)成像質(zhì)量得到明顯提高，而且使其具有室溫工作、實(shí)時(shí)成像、小型化和實(shí)用化等特點(diǎn)。
雙層微橋結(jié)構(gòu)太赫茲探測(cè)示意圖
太赫茲成像技術(shù)所表現(xiàn)出的優(yōu)異特性可應(yīng)用于國(guó)家安全、安全檢查、生物醫(yī)學(xué)、無(wú)損檢測(cè)、目標(biāo)雷達(dá)成像、環(huán)境監(jiān)測(cè)和天文研究等領(lǐng)域，具有十分重要的實(shí)用價(jià)值和學(xué)術(shù)價(jià)值。
太赫茲成像系統(tǒng)必須滿足高分辨率、實(shí)時(shí)性好、便攜性以及靈敏度高等性能的要求。對(duì)于目前可以有效改進(jìn)太赫茲成像性能的技術(shù)手段，我們認(rèn)為可以從以下幾點(diǎn)考慮：（1）通過(guò)使用高性能材料（如石墨烯、硅烯、黑磷等），利用新材料的優(yōu)異性能不斷研發(fā)新的器件。（2）通過(guò)使用超表面結(jié)構(gòu)增加對(duì)太赫茲輻射的耦合吸收。（3）通過(guò)消除背景噪聲與干涉效應(yīng)，提高太赫茲成像系統(tǒng)獲取信息的能力，例如可以發(fā)展單像素成像、CS理論以及優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)等技術(shù)。（4）通過(guò)引入太赫茲天線，將THz 能量耦合到探測(cè)器的探測(cè)單元上，提高對(duì)太赫茲輻射的收集能力。（5）相比傳統(tǒng)的太赫茲成像器件，微橋結(jié)構(gòu)的太赫茲焦平面探測(cè)陣列器件具有探測(cè)波段寬、陣列規(guī)模大、集成度高、實(shí)時(shí)成像、小型化、便攜式以及實(shí)用化等優(yōu)勢(shì)。
我國(guó)太赫茲成像技術(shù)起步較晚，有許多關(guān)鍵技術(shù)還需要攻克，所以需要科學(xué)研究機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)集團(tuán)加強(qiáng)合作，研制出擁有自主產(chǎn)權(quán)的太赫茲成像技術(shù)，使太赫茲成像技術(shù)在我國(guó)形成產(chǎn)業(yè)化，更好地為我國(guó)的國(guó)防和民生建設(shè)服務(wù)。
該項(xiàng)目獲得國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)重點(diǎn)項(xiàng)目（12134016）、杰出青年基金（61625505）和中國(guó)科學(xué)院基礎(chǔ)前沿科學(xué)研究計(jì)劃（ZDBS-LY-JSC025）的支持。該研究第一作者為中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所紅外物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室碩士研究生周強(qiáng)國(guó)，主要從事紅外成像及太赫茲探測(cè)技術(shù)的研究工作。
