中国电子科技集团公司第中国电子科技集团公司第4141研究所研究所

电子测试技术国防科技重点实验室电子测试技术国防科技重点实验室

固定电话：固定电话：05320532--8688994186889941

手手 机：机：1395321076613953210766

电子信箱：电子信箱：nfswxmnk825@163.comnfswxmnk825@163.com

THzTHz测试仪器技术最新进展测试仪器技术最新进展

年夫顺

20112011年全国微波毫米波会议年全国微波毫米波会议 青岛青岛

一、THz科学研究与工程应用

二、国外THz测试仪器技术发展现状

三、国内THz测试仪器技术发展现状

四、结束语

报告主要内容

第一部分：

THz科学研究与工程应用

THz电磁波(0.1THz-10THz) ，又称亚毫米波(100GHz-10000GHz) ，或者

远红外辐射(3mm-30μm)。由于缺乏有效的产生方法和检测手段，科学界对

THz电磁波了解非常有限，因此称之为电磁波谱的“空隙”和“电磁频谱领域

的最后一块处女地”。

THz科学研究与工程应用

THz电磁波的显著特点预示着其巨大的应用潜能，吸引了

微波电磁学和光学两个领域的专家的目光，THz电磁波及其应

用技术已经成为科学界的“热点”领域。

THz科学研究与工程应用

2004年美国技术评论把THz电磁波列入“改变世界的十大

紧迫技术”，继X射线之后待开发的具有巨大应用潜力的频谱

资源。

占有和利用THz电磁频谱资源已成为新的军备竞赛，美

国、俄罗斯、法国、英国、德国等军事和经济大国都纷纷投

巨资开垦THz这块最后的“处女地”，THz波段已经成为军事

电子技术领域新的制高点。

美国国家基金会、国家航天局、国防部和国家卫生学会

从90年代中期开始，对THz研究项目持续进行了较大规模的资

金支持。

THz科学研究与工程应用

世界上约有130多个研究机构，陆续开展了T射线技术的

科学研究，美国投入研究力量最多。

美国伦斯勒理工学院

美国加州大学SB分校

美国麻省理工学院

美国耶鲁大学Schmuttenmaer研究组

美国密歇根大学超快光学中心

美国俄克拉荷马州立大学超快THz研究室

美国加利福尼亚州圣巴巴拉市THz科学技术中心

美国杰弗逊国家实验室

THz科学研究与工程应用

THz科学研究与工程应用

欧洲国家除了各国自己支持的研究项目以外，还利用欧盟

的资金组织了跨国家的多学科参加的大型合作研究项目:

Teravision项目：发展小型化器件、THz辐射成象在生物

医学和其他领域的应用；

THz-Bridge项目：THz辐射与生物系统的相互作用研究。

日本的政府研究机构THz科研经费超过每年1千万美元,韩

国THz研究领域也有每年数百万美元经费。研究工作主要集中

于光电子材料(如优质ZnTe晶体生长)、THz激光器、THz波段光

谱学和生物医学成像等研究。

英国、加拿大、德国、法国、澳大利亚、日本、韩国等

国家也相继建立了THz科学研究机构，许多微波及光学研究所

都把研究重心转到THz领域。

英国剑桥大学Cavendish实验室进行的THz研究

牛津大学THz光子学实验室

德国弗赖堡的THz物理研究组

丹麦奥尔胡斯的飞秒激光实验室

日本THz光电子学研究中心

THz科学研究与工程应用

国家科技部、自然科学基金委、中国科学院以及地方政府

对THz研究给予了高度的关注，先后在973计划、863计划、基金

委重大项目等科研计划做了相关项目安排。

THz基础物理研究

半导体THz辐射源和探测器研究

THz辐射在物质中传播规律研究

THz无源器件研究

THz电磁波应用研究

THz科学研究与工程应用

THz科学研究与工程应用

电子科技大学THz科学技术实验室

天津大学激光与光电子研究所

南京大学超导电子学研究所

首都师范大学物理系太赫兹实验室

中国石油大学光传感与光探测实验室

深圳大学太赫兹研究中心

中国科学院太赫兹固态技术重点实验室

中国科学院半导体研究所

中国科学院微电子研究所

中国科学院上海微系统所信息功能材料国家重点实验室

武汉光电国家实验室

┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅

THz科学研究与工程应用

THz研究机构全球分布图

THz安全检测：利用THz强穿透能力和低辐射能量，对人体

携带物安全检测。

THz生物化学检测：生物大分子转动吸收谱在THz波段，用

于生物化学分析。

THz空间探测：50%的宇宙空间光子能量，大量气体分子特

征谱线在THz范围。

THz无损探测：THz频率高具有较好的空间分辨率，脉冲窄

具有很好的时间分辨率。

THz通信：THz电磁频谱资源丰富，可用带宽达数千GHz。

THz雷达与导弹防御：主动雷达和被动探测

THz科学研究与工程应用

(1) THz安全检测

THz电磁波可以穿透墙体，对建筑物迅速扫描，然后形成建

筑物内部所有物体的精确三维图像，可用于窃听器、爆炸物、毒

品、枪支探测。

1.56THz 0.325THz

THz科学研究与工程应用

美国陆军实验室欧洲研究署联合Teraview公司(首家单

独开发THz技术商业用途公司)，通过多种技术途径(包括使

用氮化镓GaN二极管)研制小型THz辐射源，主要应用于两个

方面：

一是利用其穿透性强的特点，发展THz脉冲成像技术，

可以在市区作战时装备于每个陆军士兵身上，以探测建筑

物后的炸药等武器装备；

二是用于国土防御系统，发展THz脉冲频谱分析技术，

在机场、车站、邮局等场所探测，分析有毒化学物品等。

THz科学研究与工程应用

主动式THz成像仪-T5000安全摄影系统（英国ThruVision公司）

利用英国天文学家及斯坦福大学卢

瑟福实验室研究死亡恒星所发散的宇宙

射线的原理。T5000收集和处理自然产

生T射线特征并形成图像，可以发现隐

藏人衣服下边的物体，但不显示身体细

节，避免了对个人隐私侵害。可以“看

到”25m以内隐藏在衣服底下炸药、液

体、毒品、武器、塑料制品和陶瓷等特

殊物质。采用长波辐射与传统主动X光

安全检查相比，对人体几乎没有有害健

康辐射伤害。2010年起将在国际上3000

多个机场部署。

THz科学研究与工程应用

主动式THz成像仪T4000安全摄影系统（英国ThruVision公司）

廊等各种明显或隐藏地方，可利用以太网遥控，通过电脑在

任何距离遥控探测镜头，以太网IP协议进行通讯，可以根据

当地条件自行校准，不需要复杂人工校准。

T4000可以对不同

距离的静态和移动物

体屏幕成像，典型距

离3m-15m，取决于隐

藏物体大小。可安装

在天花板、墙壁、走

THz科学研究与工程应用

(2) 生物化学检测

利用THz波物质识别特性，可实现生化战剂的检测。未来

安装在无人机上的THz探测系统，就能够探测和定位战场上特

定的生化战剂。

北约已启动远程探测和定位生

物战剂研究。美国能源部的核安全

检测，在60m外的距离很好检测到了

化学气体，在近距离(4m)对氯甲烷

的检测精度达到了12ppm。

THz科学研究与工程应用

THz科学研究与工程应用

爆炸物日常用品 制衣材料

美国能源部核安全署使用220-350GHz频段BWO研制了一台

毫米波快速扫频雷达，在内华达测试场，在60m外的距离很好

检测到了化学气体，而且在近距离(4m)双通道情况下，对氯

甲烷的检测精度达到了12ppm。

（3）THz空间探测

利用THz电磁波从天基平台对其它卫星进行高分辨率成像，

远程成像精度可达3cm。

THz科学研究与工程应用

洛斯·阿拉莫斯国家实验室称

：一个频率为0.3THz、峰值功率为

400kW的射频信号源可对100km以外

卫星成像，理论分辨率可达1mm。几

秒钟内可探测到其他航天器及其载

荷的完整结构、物质成分等数据，

并将这些数据传给地面站。

THz科学研究与工程应用

（4）THz无损探测

对于航空和航天飞行器常用的复合材料，X射线几乎全部穿

透无反射，THz射线既不

能全穿透，又不致于全

反射，可以用于复合材

料无损探测，THz分辨率

明显高于微波毫米波。

(5)THz通信

THz星间通信信息容量大，有100GHz带宽，数据传输速率可

达25-250GB/s，THz波不能穿透大气层，地面无法进行监听，

安全性和保密性优良。

THz科学研究与工程应用

美国提出2.5THz、带宽

160GHz的通信方案，仍

在实验阶段。

（6）雷达与导弹防御

THz波可以更好地跟踪弹道导弹的尾焰，检测导弹与空气摩

擦产生等离子体，精确识别导弹第二级的点火和弹道轨迹。

THz科学研究与工程应用

225GHz脉冲相干雷达

米格29缩比模型雷达反射时域波形

F117缩比模型雷达反射时域波形

1:200缩比模型

THz科学研究与工程应用

第四部分：结束语

THz

安全检测

THz

无损探测THz

通信

THz

生物化学检测

THz

雷达与导弹防御

THz电磁波工程应用

THz电磁波工

程应用，潜力巨

大。但目前只有

安全检测、生物

化学检测和无损

检测达到了实用

化水平，其他各

领域尚处于实验

室研究阶段。

结束语

（一）THz工程应用

结束语

仪器名称 同轴仪器工作频率 波导仪器工作频率

信号发生器 10MHz～67GHz0.075～1.42THz（返波管）

0.04～2.42THz（倍频）

频谱分析仪 9kHz～50GHz 0.04～0.325THz（谐波混频）

矢量网络分析仪 45MHz～67/110GHz 0.04～1.0THz（倍频+谐波混频）

噪声系数测试仪 10MHz～26.5GHz 0.0256～0.11THz（雪崩管+谐波混

频）功率计 10MHz～40GHz 0.04～1.0THz（半导体检波管）

频率计 10MHz～40GHz 未找到

天线与RCS测试系统 100MHz～40GHz ～1.56THz（返波管+谐波混频）

（二）国外THz测试仪器（基于电子学的THz测试仪器）

国外THz测试仪器0.5THz以下比较成熟，基本可以成套供应，但没有一家公司能够成套供应。

结束语

仪器名称 波导仪器工作频率

THz信号发生器 0.11～10.0THz（多种类型，频率不连续）

THz探测器 0.02～20.0THz（热释探测器）

THz光谱分析仪 0.02～3.0THz（多种THz源）

THz波长计 未查到

（二）国外THz测试仪器（基于光子学的THz测试仪器）

国外THz测试仪器发展重点是THz信号发生器和光

谱分析仪，谈不上成套，更没有实现无缝覆盖，只是

有不少频率点上有突破，没有连成线，更没有连成

面

仪器名称 同轴仪器工作频率 波导仪器工作频率

信号发生器 10MHz～67GHz0.075～0.17THz（返波管）

0.04～0.325THz（倍频）

频谱分析仪 9kHz～50GHz 0.04～0.325THz（谐波混频）

矢量网络分析仪 45MHz～67GHz 0.04～0.325THz（倍频+谐波混频）噪声系数测试仪 10MHz～40GHz 0.04～0.11THz（雪崩管+谐波混频）功率计 10MHz～40GHz 0.04～0.325THz（半导体检波管）频率计 10MHz～40GHz 0.04～0.325THz（谐波混频）

天线与RCS测试系统 100MHz～40GHz 0.04～0.325THz（倍频+谐波混频）

（三）国产THz测试仪器（基于电子学的THz测试仪器）

结束语

我国THz测试仪器0.325THz以下比较成熟，可以成套供应，基本上满足325GHz以下THz科学研究和工程应用的需

求。

结束语

THz电磁波科学研究和工程应用十分困难，对于光子学

技术而言，THz电磁波波长太长,对电子学技术而言,其波长

又太短。THz电磁波具有微波毫米波和光学不具备的优点，

同时它也具备微波毫米波和光学没有的缺点。THz电磁波工

程应用急需解决以下问题：

（1）THz传输线问题

（2）THz元器件问题

（3）THz量值传递问题

中国电子科技集团公司第41研究所和电子测试

技术国防科技重点实验室愿意与国内有关单位加强

合作与协作，为THz电磁频谱资源综合利用提供基

本测试手段和计量保障条件。

结束语

谢谢！谢谢！欢迎大家到41所考察指导！欢迎大家到欢迎大家到4141所考察指导！所考察指导！