盼望著，盼望著，5G來了，6G的腳步也近了。除了做好現有的技術工作，作為通信人還要不斷關注新技術的發展，真心不易！無線數據鏈路的容量在過去十幾年中呈指數級增長，但對更高數據速率的需求持續增加。在未來幾年內，這一增長預計還會加速，甚至超過第五代（5G）無線通信6-8倍的容量。也許下一代無線通信技術會將工作頻率推入太赫茲（THz） 范圍，以滿足這一預測的需求。

就這樣有關太赫茲研究的消息鋪天蓋地地來了，即使不能說是排山倒海，也可以說是鱗次櫛比了。索性太赫茲的系統還處于“花褪殘紅青杏小”的階段，并不成熟，要想解決通信系統中從信源到發射，到信道，再到接收的一攬子問題，還有太多的不完善，研究成果也是星星點點，無法形成一整套可靠而有效的系統。后面會陸續梳理一些有關太赫茲方面星星點點的技術進展，供大家了解。也真心希望星星之火，可以燎原......

太赫茲檔案

太赫茲的命名來源于它的振蕩頻率在10^12 Hz（1THz=10^12 Hz）。電磁波譜的太赫茲部分介于光學和電子區域（紅外和微波波長）之間。在電子學領域里，這一頻段的電磁波又被稱為毫米波和亞毫米波；而在光譜學領域，它也被稱為遠紅外（IR：Infrared Radiation）射線。一般稱謂的太赫茲波段，其頻率范圍為0.1～10 THz，在有些場合特指0.3～3 THz，還有些時候被賦予一種廣義的定義，其頻率范圍可包含高達100 THz的波，這包括整個中，遠紅外波段，如下圖所示。

自然界中擁有大量的太赫茲輻射源，我們身邊絕大多數物體的熱輻射都在太赫茲波段。所有發光物體的50%的能量和宇宙大爆炸的98%的光子能量都位于亞毫米波段和遠紅外區域。即便如此，在20世紀八十年代以前，也并沒有能夠高效率地產生太赫茲的發射源和靈敏的探測設備。所以不像微波和光學，太赫茲技術的發展非常的受限。

近三四十年來，隨著超快光電子技術、半導體等技術的發展為太赫茲波提供了穩定、可靠的光源，太赫茲波的研究才被廣泛地開展起來。特別是在太赫茲光譜和成像等技術被開發之后，太赫茲技術表現出了廣泛的應用前景。如今對太赫茲波的研究涉及物理、化學和生物學等基礎研究領域，一些成果已經被應用于材料、國防、醫學、信息等技術領域。

從最基本的說起：

由于太赫茲波段處于電子學和光學這兩個研究領域之間，所以僅僅利用電子學或者光學的技術和器件都不能完全滿足太赫茲波的需要，只有結合兩方面的知識，開發全新的技術和元器件，以適應太赫茲波獨特的性質，才能對該波段的電磁波進行深入研究和開發利用，這就是在很長的一段時間里電磁波譜存在著一個太赫茲空隙的原因，下圖顯示了低頻電磁波和光波發射的不同機制。

我們所熟知的右邊的電路形式，是電子學領域的頻率計算公式ω=1/√(LC)，或者f=1/[2π√(LC)]，其中f為頻率，單位為；L為電感，單位為亨利(H)；C為電容，單位為法拉(F)。LC振蕩電路,是指用電感L、電容C組成選頻網絡的振蕩電路,用于產生高頻正弦波信號。

左邊光波發射的機制呢？首先要說說這個h，普朗克常量，馬克思.普朗克在1900年研究物體熱輻射的規律時發現，電磁波的發射和吸收不是連續的，而是一份一份地進行的。這樣的一份能量叫做能量子，每一份能量子等于hν，ν為輻射電磁波的頻率，h為一常量，叫為普朗克常數（6.62607015×10^-34焦耳·秒），而?=h/(2π)，念做"h拔"，是角動量的最小衡量單位，即角動量量子。普朗克常數用以描述量子化、微觀下的粒子，如電子及光子。例如，一束具有固定頻率 ν 的光，其能量 E可表示為：E=hν。

所以1 THz的波長為0.3mm，1 THz的光子能量為：

hν=6.62607015×10^-34J·s×10^12Hz =6.62607015×10^-22J，

若以eV·s（電子伏特·秒）為能量單位，則1 THz的光子能量為：

hν=(6.62607015×10^-34J·s)×(10^-12Hz)/(1.602176634×10^-19J)=4.1meV

什么是電子伏特呢？一個eV是指一個電子（或其他單電荷（q=1.6*10^-19庫侖）粒子）在經歷1伏特的電勢差時獲得的能量。

1 eV=1.602176634×10^-19焦耳；1 meV，即1毫電子伏0.001 eV。

這個能量是非常小的，相比于X射線的千電子伏特的光子能量，太赫茲輻射的光子能量在毫電子伏特的數量級。這個數量級別的能量低于各種化學鍵的鍵能，所以不會引起各種有害的電離反應，對人體和生物體是安全的，這對一些針對身體的安全檢查和對生物樣品的檢測等應用非常重要。下圖可以看到從光子能量的角度出發，各個波段的電磁波能量：

今天先介紹這么多，有關太赫茲的其他故事，我們下回再見。

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