和量子科技、石墨烯技術(shù)有著類似的遭遇。當(dāng)太赫茲還處在實(shí)驗(yàn)室研究逐步向商業(yè)化轉(zhuǎn)化的過程中,太赫茲床、太赫茲手鏈、太赫茲能量鞋、太赫茲理療儀……就充斥著各類購物網(wǎng)站。
胡旻給母親這樣科普,“凡是你買得起的,都不是正經(jīng)太赫茲產(chǎn)品。”太赫茲應(yīng)用研發(fā)大多處于開發(fā)階段,相關(guān)儀器設(shè)備動(dòng)輒數(shù)十萬元,還未進(jìn)入大眾消費(fèi)市場(chǎng)。
但在學(xué)術(shù)界,太赫茲和許多領(lǐng)域結(jié)合誕生的成果,常常沖上頭條。2019年,天文學(xué)家就用太赫茲探測(cè)器,“拍”到了酷似甜甜圈的黑洞。
除了基礎(chǔ)研究和器件研發(fā),實(shí)驗(yàn)室也致力于應(yīng)用場(chǎng)景開發(fā)。
由于很多生物大分子,例如蛋白質(zhì)等,在太赫茲具有諧振相應(yīng),太赫茲波在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用潛力。但是,目前太赫茲波長(zhǎng)比可見光高3個(gè)數(shù)量級(jí),因此太赫茲成像具有很大的限制?!盀榱送黄铺掌澭苌錁O限,我們做了很多工作”,胡旻介紹到。目前,基于原子力顯微鏡的太赫茲近場(chǎng)技術(shù)可以達(dá)到20nm的分辨率,“可以用太赫茲看到病毒、細(xì)菌。我們用自主研發(fā)的大功率源,實(shí)現(xiàn)比德國(guó)500萬儀器更好的成像效果。”
該實(shí)驗(yàn)室利用太赫茲波驅(qū)動(dòng),研制太赫茲動(dòng)態(tài)核極化-核磁共振(DNP-NMR)系統(tǒng),將現(xiàn)有的磁共振的分辨率提高兩個(gè)量級(jí),在物理、化學(xué)、材料、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
太赫茲波有極強(qiáng)的穿透性,對(duì)不透明物體能完成透視成像。實(shí)驗(yàn)室有小組正用太赫茲波進(jìn)行中草藥的定性定量研究。
在口腔疾病診斷上,該實(shí)驗(yàn)室與四川大學(xué)華西醫(yī)院合作,正開發(fā)太赫茲口腔脫礦檢測(cè)儀器。無須拔牙,通過太赫茲無損檢測(cè),檢測(cè)早期齲齒、以及檢測(cè)牙齒齲壞的深度。
最受關(guān)注的還有太赫茲通信領(lǐng)域。理論上來講,頻率越高,允許分配的帶寬范圍越大,單位時(shí)間內(nèi)所能傳遞的數(shù)據(jù)量就越大。
太赫茲波的頻率比目前使用的微波要高1~4個(gè)數(shù)量級(jí),它能提供每秒100Gbit以上的無線傳輸速率,這是微波無法達(dá)到的高度。
2011年,在劉盛綱的推動(dòng)下,電子科技大學(xué)牽頭了863計(jì)劃主題項(xiàng)目“毫米波與太赫茲無線通信技術(shù)開發(fā)”正式啟動(dòng)。這是電子科技大學(xué)第一個(gè)上億元的科研項(xiàng)目。
在該項(xiàng)目支持下,該實(shí)驗(yàn)室成功研制出我國(guó)首臺(tái)基于光電結(jié)合的0.1太赫茲高速無線通信系統(tǒng),通信速率都達(dá)到10Gbps;研制出我國(guó)首臺(tái)220GHz頻段的基于全電子學(xué)的太赫茲高速無線通信系統(tǒng)。
當(dāng)前,美國(guó)、歐盟、日本等國(guó)都在加速發(fā)展面向6G 的太赫茲通信技術(shù)。有人認(rèn)為,太赫茲技術(shù)將成為未來6G通信的基礎(chǔ),人類有望進(jìn)入太赫茲通信時(shí)代。
但是,太赫茲也有先天的短板,它大氣衰減嚴(yán)重,意味著如果使用太赫茲通信的話通信距離不可能太遠(yuǎn)。太赫茲通信可能會(huì)應(yīng)用在短距離甚至超短距離通信上。
電子科大通信抗干擾技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、電子科大太赫茲通信技術(shù)研究開創(chuàng)者李少謙教授表示,太赫茲通信技術(shù)現(xiàn)階段是6G潛在的、非常重要的備選技術(shù)之一,有可能用于6G地面大容量信息的傳輸。
太赫茲通信另一個(gè)可能的場(chǎng)景是太空環(huán)境中的通信——在太空中,太赫茲的傳輸損耗大大小于城市環(huán)境中,因此太空中衛(wèi)星間使用太赫茲技術(shù)進(jìn)行高數(shù)據(jù)率互聯(lián)也是有不少人探索的領(lǐng)域。
曾經(jīng),毫米波經(jīng)過了五六十年的發(fā)展,才找到切入點(diǎn)和獨(dú)特價(jià)值。太赫茲發(fā)展至今不過20余年的光景,在當(dāng)下激光、紅外、毫米波等技術(shù)正當(dāng)紅,不太可能出手就找到立足點(diǎn)。
業(yè)內(nèi)認(rèn)識(shí)認(rèn)為,對(duì)太赫茲而言,一邊發(fā)展新材料、新工藝、新技術(shù);一邊靜待時(shí)代發(fā)展帶來的新需求。
如今,像胡旻一樣,當(dāng)年劉盛綱培養(yǎng)的很多年輕人已經(jīng)成長(zhǎng)起來,逐漸接過劉盛綱的衣缽,扛起太赫茲技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的大旗。實(shí)驗(yàn)室也逐步發(fā)展壯大到200余人的規(guī)模,才俊輩出。
川觀新聞?dòng)浾吆秃鷷F行走在校園中,一輛自行車從身邊掠過?!斑@是我的博士生”,胡旻說,他剛剛攻克了首套國(guó)產(chǎn)化的太赫茲頻段近場(chǎng)顯微系統(tǒng),利用太赫茲我們能看到更小的物體。