一、前言

THz波是指頻率在（0.1－1 0）THz（波長為3000—30微米）范圍內(nèi)的電磁波，1THz=10¹²Hz。由圖1可見，它在長波段與毫米波（亞毫米波）相重合，而在短波段，與紅外線相重合下，可見，太赫茲波在電磁波頻譜中占有很特殊的位置。由于多種科學(xué)技術(shù)原因，特別是THz波源的問題未能很好解決，太赫茲波科學(xué)技術(shù)的發(fā)展受到很大的限制，從而使其應(yīng)用潛能未能發(fā)揮出來，如Fi g12所示。

如Fig.1所示，人們提出THz空白（THz Gap）的概念。其實THz Gap可以有以下幾方面的意義：

1．THz所處的位置正好處于科學(xué)技術(shù)發(fā)展相對較好的微波毫米波與紅外線光學(xué)之間，形成一個相對落后的“空白”。

2．THz的長波方向，主要依靠電子學(xué)（Electronics）科學(xué)技術(shù)，而THz的短波長方向則主要是光子學(xué)(Photonics)科學(xué)技術(shù)，從而在電子學(xué)與光子學(xué)之間形成一個Gap。這點具有深刻的物理含義，將在THz源一節(jié)中詳細(xì)討論。

圖2（a）表示半導(dǎo)體器件和激光器件（主要是量子級聯(lián)激光）的工作頻率范圍。可以看到，所有的半導(dǎo)體器件目前都難以達(dá)到THz波段，而量子級聯(lián)激光的工作頻率可以從光波向THz延伸下來。紅線表示2002年以后的發(fā)展?fàn)顩r。

圖2（b）則表示真空電子學(xué)THz源的發(fā)展?fàn)顩r?？梢钥吹剑耗承┱婵针娮悠骷墓ぷ黝l率已經(jīng)從微波毫米波波段逐步向THz推進(jìn)，而FEL的頻率則不受限制，可以工作在整個THz波段。要指出的是，真空電子學(xué)THz源的迅速發(fā)展，也是近幾年發(fā)生的。

由于THz所處的特殊電磁波譜的位置，它有很多優(yōu)越的特性，有非常重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價值（有的已處于實用），使得全世界各國都給予極大的關(guān)注。美國、歐州和日本尤為重視。

1）在美國包括常青藤大學(xué)在內(nèi)有數(shù)十所大學(xué)都在從事THz的研究工作，特別是美國重要的國家實驗室，如LLNL，LBNL，SLAC，JPL，BNL，NRL，ALS，ORNL等都在開展THz科學(xué)技術(shù)的研究工作。美國國家基金會(NSF)、國家航天局(NASA)、能源部(DOE)和國家衛(wèi)生學(xué)會(NIH)等從90年代中期開始對THz科技研究進(jìn)行大規(guī)模的投入。

2）英國的Rutherford國家實驗室，劍橋大學(xué)、里茲大學(xué)、Strathclyde等十幾所大學(xué)，德國的KFZ，BESSY，Karlsruhe，Cohn，Hamburg及若干所大學(xué)，都積極開展THz研究工作。歐洲國家還利用歐盟的資金組織了跨國家的多學(xué)科參加的大型合作研究項目。在俄國國家科學(xué)院專門設(shè)立了一個THz研究計劃，IAP，IGP及一些大學(xué)也都在積極開展THz研究工作。

3）在亞洲國家和區(qū)域，韓國國立漢城大學(xué)、浦項科技大學(xué)、國立新加坡大學(xué)、臺灣大學(xué)、臺灣清華大學(xué)等都積極開展THz研究工作，并發(fā)表了不少有分量的論文。

4）日本于2005年1月8日，公布了日本國十年科技戰(zhàn)略規(guī)劃，提出十項重大關(guān)鍵技術(shù)，將THz列為首位。東京大學(xué)、京都大學(xué)、大阪大學(xué)、東北大學(xué)、福井大學(xué)以及SLLSC，NTT Advanced  Technology Corporation，etc．等公司都大力開展THz的研究與開發(fā)工作。

可見，目前已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)形成了一個THz技術(shù)研究高潮。

本次香山會議的目的是盡可能集中我國的科學(xué)技術(shù)智慧，研究和討論THz科學(xué)技術(shù)及其應(yīng)用的發(fā)展現(xiàn)狀和前景，研究和討論并提出對我國THz科學(xué)技術(shù)及其應(yīng)用發(fā)展的戰(zhàn)略思考和研究工作的意見和建議，供政府領(lǐng)導(dǎo)參考。因此，本次會議意義重大。

經(jīng)過慎重研究，本次香山科學(xué)會上的報告是這樣安排的：安排了一個主題報告《THz科學(xué)技術(shù)的新發(fā)展》。在THz科學(xué)技術(shù)及應(yīng)用中輻射源和檢測技術(shù)是兩個主要問題。對這兩個方面安排了四個專題報告。成像和光譜技術(shù)對于THz輻射的應(yīng)用來講是很關(guān)鍵的，安排了兩個專題報告。真空電子學(xué)對THz輻射源可能有很重要的貢獻(xiàn)，安排了一個專題報告。光子晶體在THz波功能器件方面占有重要地位，安排了一個專題報告，會議還安排了THz科學(xué)技術(shù)在天文學(xué)方面的應(yīng)用的專題報告。本來很想安排一個有關(guān)THz科學(xué)技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用的專題報告，但因一時無法找到合適的報告專家而未能實現(xiàn)。但是，與會專家也可臨時在會上就某一問題作簡短報告。

在這次香山科學(xué)會上，專題報告的安排如下：

專題報告1  《基于光學(xué)及光子學(xué)的THz輻射源》姚建銓
專題報告2  《THz波段的光譜分析和探測》汪力
專題報告3  《太赫茲波的應(yīng)用》張存林
專題報告4  《太赫茲量子級聯(lián)激光器及其他重要的半導(dǎo)體源》曹俊誠
專題報告5  《太赫茲波段信號的檢測》吳培亨
專題報告6  《太赫茲在天文科學(xué)中的應(yīng)用》史生才
專題報告7  《在激光等離子體中產(chǎn)生的超強太赫茲輻射》盛政明
專題報告8  《真空電子學(xué)對太赫茲源的可能貢獻(xiàn)，大功率太赫茲輻射源》劉盛綱

二、太赫茲輻射的主要特征

（1）量子能量和黑體溫度很低

（2）許多生物大分子，如有機分子的振動和旋轉(zhuǎn)頻率都在THz波段，所以在THz波段表現(xiàn)出很強的吸收和諧振。
（3）THz輻射能以很小的衰減穿透物質(zhì)如陶瓷、脂肪、碳板、布料、塑料等，因此可用其探測低濃度極化氣體，適用于控制污染。THz輻射可無損穿透墻壁、布料，使得其能在某些特殊領(lǐng)域發(fā)揮作用。
（4）THz的時域頻譜信噪比很高，這使得THz非常適用于成像應(yīng)用
（5）帶寬很寬（0.1—10T）Hz。
（6）很短的THz脈沖卻有著非常寬的帶寬和不同尋常的特點。