1、太赫兹通信技术介绍

太赫兹(Terahertz,1THz=1012Hz)泛指频率在0.1~10THz波段(对应波长为30~3000μm)范围内的电磁波,介于红外和微波之间。太赫兹波的位置处于宏观电子学向微观光子学的过渡阶段。以往由于缺乏有效的太赫兹波产生和检测的方法,因此对太赫兹波的研究较为有限,使其成为电磁波谱研究上的“太赫兹空隙”(TerahertzGap)。太赫兹波在电磁波频谱中所处的位置如图1所示。

图1太赫兹波在电磁波频谱中的位置图

太赫兹通信技术的快速发展使得太赫兹通信越来越受到国际各国的关注和重视。

我国在太赫兹通信技术研究方面主要研究机构的相关研究成果见表1。

表1国内太赫兹通信技术相关研究成果

2、太赫兹通信的技术特点

由于太赫兹波处在电磁波谱的特殊位置,使其具有很多独特的技术特点和性质。从频谱上看,太赫兹波在整个电磁波谱中处在微波与红外波之间;从光学领域看,太赫兹波被称为远红外射线;从能量上看,太赫兹波段的能量介于电子和光子之间。太赫兹光波不仅拥有与光相同的直进性,还具有与电波相似的穿透性和吸收性。太赫兹波的主要技术特点如下:

(1)太赫兹波的穿透性强

由于太赫兹波自身包含丰富的光谱信息,且具有很好的光谱分辨特性,对很多介电材料与非极性液体具有良好的穿透性。因此,太赫兹波不仅可以作为探测材料性质的检测工具,还可以作为通信工具在烟雾、沙尘等恶劣环境下进行通信工作。

(2)太赫兹波的光子能量较低

根据测量结果,频率为1THz的太赫兹波仅具有4.1meV的光子能量,约为X射线光子能量的百分之一量级,因此太赫兹波不易对生物组织产生伤害。相比于传统使用DWDM等技术进行有线光通信而言,太赫兹通信的能量效率更高。

(3)太赫兹通信传输的容量大

相对于微波通信而言,由于太赫兹波的频段在108~1013Hz之间,比微波通信高出l~4个数量级,使得太赫兹波的传输信息量更大。同时,太赫兹通信与高阶的编码调制技术相结合,可进一步提升无线通信的传输容量,满足大容量传输场景的通信要求。

(4)太赫兹波方向性好,保密程度高

由于太赫兹波束比微波更窄,且能够有效地抑制背景辐射噪声的影响,因此可以保证信息传送精度的同时,使太赫兹通信满足具有更好的保密性能。

(5)太赫兹通信更适合于短距离通信场景

由于强极性液体对太赫兹波有较强的吸收作用,因此太赫兹波在空气中传播时,水分子将对其造成传送损耗,因此太赫兹通信更适合于短距离的通信。

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