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太赫兹研究:电子科技大学开垦电磁波的最后一片“处女地”


  来源: 川观新闻 时间:2021-08-19 编辑:清风
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和量子科技、石墨烯技术有着类似的遭遇。当太赫兹还处在实验室研究逐步向商业化转化的过程中,太赫兹床、太赫兹手链、太赫兹能量鞋、太赫兹理疗仪……就充斥着各类购物网站。


胡旻给母亲这样科普,“凡是你买得起的,都不是正经太赫兹产品。”太赫兹应用研发大多处于开发阶段,相关仪器设备动辄数十万元,还未进入大众消费市场。


但在学术界,太赫兹和许多领域结合诞生的成果,常常冲上头条。2019年,天文学家就用太赫兹探测器,“拍”到了酷似甜甜圈的黑洞。



除了基础研究和器件研发,实验室也致力于应用场景开发。


由于很多生物大分子,例如蛋白质等,在太赫兹具有谐振相应,太赫兹波在生物医学领域具有较大的应用潜力。但是,目前太赫兹波长比可见光高3个数量级,因此太赫兹成像具有很大的限制。“为了突破太赫兹衍射极限,我们做了很多工作”,胡旻介绍到。目前,基于原子力显微镜的太赫兹近场技术可以达到20nm的分辨率,“可以用太赫兹看到病毒、细菌。我们用自主研发的大功率源,实现比德国500万仪器更好的成像效果。”


该实验室利用太赫兹波驱动,研制太赫兹动态核极化-核磁共振(DNP-NMR)系统,将现有的磁共振的分辨率提高两个量级,在物理、化学、材料、生物医学领域有广泛的应用。


太赫兹波有极强的穿透性,对不透明物体能完成透视成像。实验室有小组正用太赫兹波进行中草药的定性定量研究。


在口腔疾病诊断上,该实验室与四川大学华西医院合作,正开发太赫兹口腔脱矿检测仪器。无须拔牙,通过太赫兹无损检测,检测早期龋齿、以及检测牙齿龋坏的深度。


最受关注的还有太赫兹通信领域。理论上来讲,频率越高,允许分配的带宽范围越大,单位时间内所能传递的数据量就越大。


太赫兹波的频率比目前使用的微波要高1~4个数量级,它能提供每秒100Gbit以上的无线传输速率,这是微波无法达到的高度。


2011年,在刘盛纲的推动下,电子科技大学牵头了863计划主题项目“毫米波与太赫兹无线通信技术开发”正式启动。这是电子科技大学第一个上亿元的科研项目。


在该项目支持下,该实验室成功研制出我国首台基于光电结合的0.1太赫兹高速无线通信系统,通信速率都达到10Gbps;研制出我国首台220GHz频段的基于全电子学的太赫兹高速无线通信系统。


当前,美国、欧盟、日本等国都在加速发展面向6G 的太赫兹通信技术。有人认为,太赫兹技术将成为未来6G通信的基础,人类有望进入太赫兹通信时代。


但是,太赫兹也有先天的短板,它大气衰减严重,意味着如果使用太赫兹通信的话通信距离不可能太远。太赫兹通信可能会应用在短距离甚至超短距离通信上。


电子科大通信抗干扰技术国家级重点实验室主任、电子科大太赫兹通信技术研究开创者李少谦教授表示,太赫兹通信技术现阶段是6G潜在的、非常重要的备选技术之一,有可能用于6G地面大容量信息的传输。


太赫兹通信另一个可能的场景是太空环境中的通信——在太空中,太赫兹的传输损耗大大小于城市环境中,因此太空中卫星间使用太赫兹技术进行高数据率互联也是有不少人探索的领域。


曾经,毫米波经过了五六十年的发展,才找到切入点和独特价值。太赫兹发展至今不过20余年的光景,在当下激光、红外、毫米波等技术正当红,不太可能出手就找到立足点。


业内认识认为,对太赫兹而言,一边发展新材料、新工艺、新技术;一边静待时代发展带来的新需求。


如今,像胡旻一样,当年刘盛纲培养的很多年轻人已经成长起来,逐渐接过刘盛纲的衣钵,扛起太赫兹技术发展与应用的大旗。实验室也逐步发展壮大到200余人的规模,才俊辈出。


川观新闻记者和胡旻行走在校园中,一辆自行车从身边掠过。“这是我的博士生”,胡旻说,他刚刚攻克了首套国产化的太赫兹频段近场显微系统,利用太赫兹我们能看到更小的物体。


关键词:太赫兹 电子科技大学 电磁波    浏览量:14693

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