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。由于多種科學技術原因，特別是THz波源的問題未能很好解決，太赫茲波科學技術的發展受到很大的限制，從而使其應用潛能未能發揮出來，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技術發展相對較好的微波毫米波與紅外線光學之間，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（Electronics）科學技術，而THz的短波長方向則主要是光子學(Photonics)科學技術，從而在電子學與光子學之間形成一個Gap。這點具有深刻的物理含義，將在THz源一節中詳細討論。

圖2（a）表示半導體器件和激光器件（主要是量子級聯激光）的工作頻率范圍。可以看到，所有的半導體器件目前都難以達到THz波段，而量子級聯激光的工作頻率可以從光波向THz延伸下來。紅線表示2002年以后的發展狀況。

圖2（b）則表示真空電子學THz源的發展狀況。可以看到：某些真空電子器件的工作頻率已經從微波毫米波波段逐步向THz推進，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THz源的迅速發展，也是近幾年發生的。

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

1）在美國包括常青藤大學在內有數十所大學都在從事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科學技術的研究工作。美國國家基金會(NSF)、國家航天局(NASA)、能源部(DOE)和國家衛生學會(NIH)等從90年代中期開始對THz科技研究進行大規模的投入。

2）英國的Rutherford國家實驗室，劍橋大學、里茲大學、Strathclyde等十幾所大學，德國的KFZ，BESSY，Karlsruhe，Cohn，Hamburg及若干所大學，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科參加的大型合作研究項目。在俄國國家科學院專門設立了一個THz研究計劃，IAP，IGP及一些大學也都在積極開展THz研究工作。

3）在亞洲國家和區域，韓國國立漢城大學、浦項科技大學、國立新加坡大學、臺灣大學、臺灣清華大學等都積極開展THz研究工作，并發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略規劃，提出十項重大關鍵技術，將THz列為首位。東京大學、京都大學、大阪大學、東北大學、福井大學以及SLLSC，NTT Advanced  Technology Corporation，etc．等公司都大力開展THz的研究與開發工作。

可見，目前已經在全世界范圍內形成了一個THz技術研究高潮。

本次香山會議的目的是盡可能集中我國的科學技術智慧，研究和討論THz科學技術及其應用的發展現狀和前景，研究和討論并提出對我國THz科學技術及其應用發展的戰略思考和研究工作的意見和建議，供政府領導參考。因此，本次會議意義重大。

經過慎重研究，本次香山科學會上的報告是這樣安排的：安排了一個主題報告《THz科學技術的新發展》。在THz科學技術及應用中輻射源和檢測技術是兩個主要問題。對這兩個方面安排了四個專題報告。成像和光譜技術對于THz輻射的應用來講是很關鍵的，安排了兩個專題報告。真空電子學對THz輻射源可能有很重要的貢獻，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科學技術在天文學方面的應用的專題報告。本來很想安排一個有關THz科學技術在生物醫學方面應用的專題報告，但因一時無法找到合適的報告專家而未能實現。但是，與會專家也可臨時在會上就某一問題作簡短報告。

在這次香山科學會上，專題報告的安排如下：

專題報告1  《基于光學及光子學的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  《太赫茲波的應用》張存林
專題報告4  《太赫茲量子級聯激光器及其他重要的半導體源》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  《太赫茲在天文科學中的應用》史生才
專題報告7  《在激光等離子體中產生的超強太赫茲輻射》盛政明
專題報告8  《真空電子學對太赫茲源的可能貢獻，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頻率都在THz波段，所以在THz波段表現出很強的吸收和諧振。
（3）THz輻射能以很小的衰減穿透物質如陶瓷、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域發揮作用。
（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。