第３３卷第１期 航天返回与遥感 ２０１２年０２月 ＳＰＡＣＥＣＲＡＦＴ ＲＥＣＯＶＥＲＹ＆ＲＥＭＯＴＥ ＳＥＮＳＩＮＧ ７５ 太赫兹技术空间应用研究探讨 林栩凌阮宁娟周峰 （北京空间机电研究所，北京１０００７６） 摘要作为近年来颇受世界各国和地区的科学家重视的一个新兴学科和技术领域。太赫兹辐射具有 不同于其它波段电磁波的许多独特性质，在信息科学、生物学、医学、环境科学领域具有广阔的应用前景 文 章介绍了国际上太赫兹技术空间应用的发展历史及及中国太赫兹技术的研究进展，给出了中国发展太赫兹 空间技术的几Ｉ占、建议 关键词 太赫兹电磁波空间应用综述 中图分类号：Ｖ４７６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—８５１８（２０１２）０１—００７５—０６ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９—８５１８．２０１２．Ｏ１．０１１ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ｓｐａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＬＩＮ Ｘｕｌｉｎｇ ＲＵＡＮ Ｎｉｎｇｊｕａｎ ＺＨＯＵ Ｆｅｎｇ （Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｐａｃｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００７６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ（ＴＨｚ）ｒａｄｉａｔｉｏｎ，ａｓ ａ ｎｅｗ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｏｐｉｃ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｉｅｌｄ，ｔｏ ｗｈｉｃｈ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｉｓ ｐａｉｄ ｂｙ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ ａｎｄ ｇｏｖｅｒｎｍｅｎｔｓ，ｈａｓ ｓｏｍｅ ｕｎｉｑｕｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｒｏｍ ｏｔｈｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｗａｖｅ．ＴＨｚ ｗａｖｅ ｉｓ ｒｅｇａｒｄｅｄ ｔｏ ｈａｖｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｍａｎｙ ｆｉｅｌｄｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｃｉｅｎｃｅ，ｂｉｏｌｏｇｙ，ｍｅｄｉｃａｌ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｓｃｉｅｎｃｅｓ．Ｔｈｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｐａｃｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｎｄ ｓｏｍｅ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ；ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｗａｖｅ；ｓｐａｃｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ｒｅｖｉｅｗ １引言 太赫兹辐射（太赫兹波，Ｔ射线）通常是指频率介于３００ＧＨｚ一１０ＴＨｚ（１ＴＨｚ＝ＩＯ他Ｈｚ）、波长在３３～１ Ｏ００￣ｍ 之间的电磁辐射，从频率上看，该波段位于毫米波和红外辐射之间。太赫兹的命名来源于它的振荡频率在 ｌ０ Ｈｚ左右。在电子学领域里，这一频段的电磁波又被称为亚毫米波。在光谱学领域，它也被称为远红外。在 ２０世纪８０年代中期以前．由于缺乏有效的产生方法和检测手段，科学家对于该波段的电磁辐射性质了解非 常有限。近年来由于自由电子激光器和超快技术的发展，为太赫兹脉冲的产生提供了稳定、可靠的激发光源 和探测手段，使太赫兹科学技术有了飞速的发展ｌ】 ｌ。 由于太赫兹波具有穿透性、安全性、宽带性、瞬态性、相于』生等特点，并且许多小分子的转动跃迁和大分 子的集体振动跃迁都会在这个波段范围产生明显的特征吸收峰，所以近年来太赫兹波在成像、安检、生物分 子检测、化学过程研究等领域的应用引起了人们极大的兴趣。然而，真正促进太赫兹技术蓬勃发展的需求动 收稿１３期：２０１１－０１—０５ ７６ 航天返回与遥感 ２０１２年第３３卷 力是人们渴望通过新的电磁波观察和探索宇宙和地球。宇宙中太赫兹波段的信息资源占据了总信息量的一 半以上。因此可以利用太赫兹对行星和小星体（／ｂ行星、卫星和彗星）进行观测，了解它们大气动力学以及它 们的大气成分，进而能够推测太阳系、银河系或其它星体的形成原因和演化过程。另外，太赫兹也是探测月 球和火星上是否存在水的有力工具之一。此外，高层大气中也有很强的天然太赫兹源，如羟基、氯化氢和水， 根据从高层大气中所得到的太赫兹信息可以了解支配臭氧循环、全球变暖的化学过程，进而为全球变暖提供 有价值的信息。 本文在分析太赫兹波特Ｉ生的基础上，介绍了国内外太赫兹技术空间应用的发展历史，并对我国太赫兹空 间技术发展趋势作出了展望。 ２太赫兹空间技术国际研究发展概述 ‘ 太赫兹之所以引起人们浓厚的研究兴趣，并不仅仅因为它具有瞬态性、相干ｌ生等挣Ｉ生，更重要的是它与微 波及红外遥感相比具有许多优势：１）与微波相似，太赫兹同样具有能穿透云层等特点，但是太赫兹波的频率更 高，因此在作为通信载体时，单位时间内可以承载更多的信息，在中短距离高容量无限通信中很有潜力；由于 太赫兹波的波长更短，它的发射方向性要好于微波；在成像应用中，它较之微波的短波长使其具有更高的空间 分辨率，或者在保持同等空间分辨率时具有更长的景深；再者，由于波长较微波短，所以探测器件的尺寸和质 量要远小于微波器件，适合于卫星和空间站搭载。２）与红外光对比，太赫兹散射小，透过ｆ生强，能够穿透风尘、 沙暴和烟云，可实现全天候工作；此外由于太赫兹光子的能量很小，因此相对于红外光，它的安全性较好。 目前。国际上有１３０多个研究组从事有关太赫兹科学技术的研究工作。太赫兹技术在空间研究领域的 应用主要围绕几个大的空间和天文研究计划课题进行，例如平流层红外天文观察项目ＳＯＦＩＡ（Ｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｏｂｓｅｒｖａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ａｓｔｒｏｎｏｍｙ）、亚毫米级波长上的射电望远镜项目ＡＬＭＡ（Ａｔａｃａｍａ Ｌａｒｇｅ Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ Ａｒｒａｙ）、“赫歇尔”太空望远镜项目（Ｈｅｒｓｃｈｅ１）等。 ２．１美国的研究进展 １９８３年，由ＮＡＳＡ发射的ＩＲＡＳ红外天文卫星获得了许多有关宇宙的重要信息．并确认许多星系中５０％ 以上的发光度和９８％以上的光子处于远红外和太赫兹波段 。２０世纪９０年代后。由于太赫兹波外差探测方 式的发展，使得高分辨率、高灵敏度太赫兹测量成为可能。最著名的是１９９１年ＮＡＳＡ发射的大气上层观测 卫星ＵＡＲＳ，ＵＡＲＳ上搭载了微波临边探测器（ＭＬＳ），探测器３个辐射计的观察波段中心频率分别为６３ＧＨｚ、 １８３ＧＨｚ和２０５ＧＨｚ，探测器用外差高分辨率太赫兹谱线测量方式，第一次测量了同温层中的臭氧、水分等分 子含量随大气压力变化的轮廓。图１是１９９１年１１月４日～５日，ＵＡＲＳ卫星上搭载ＭＬＳ测量得到的同温层 中的臭氧、水分子含量随大气压力变化图。 图１ ＭＬＳ测量的同温层中臭氧、水分子含量随大气压力变化 Ｆｉｇ．１ ＭＬＳ ｍａｐｓ ｏｆ ｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｉｃ ｗａｔｅｒ ｖａｐｏｒ ａｎｄ ｏｚｏｎｅ 第１期 林栩凌等：太赫兹技术空问应用研究探讨 ７７ １９９８年美国发射的太赫兹波人造天文卫星（Ｓｕｂｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ Ｗａｖｅ Ａｓｔｒｏｎｏｍｙ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ，ＳＷＡＳ）携带了冷却 到１７０Ｋ的肖特基混频外差接收系统。这是ＮＡＳＡ研究恒星结构及星际化学物质的小型卫星，主要用途是寻 找宇宙星云间的氧、水、碳及一氧化碳分子。 美国另一个十分重要的太赫兹探测卫星是由ＮＡＳＡ在２００４年７月１５日发射升空的“气味”（ＡＵＲＡ）卫 星。ＡＵＲＡ卫星是对地观测系统（ＥＯＳ）中最重要的组成部分，它携带了更为先进的外差式太赫兹探测器 ＭＬＳ，探测器上５个辐射计的观察波段中心频率分别为１１８ＧＨｚ、１１９ＧＨｚ、２４０ＧＨｚ，６４０ＧＨｚ和２．５ＴＨｚ。中间 三个频率的测量使用常温的耿式振荡器作为本振源，由肖特基二极管进行差频转换。而作为标志性的首次 ＴＨｚ频率探测（２．５ＴＨｚ通道）使用了远红外激光作为本地振荡源。远红外激光器为ＣＯ：激光器抽运的甲醇蒸 汽气体激光器，由Ｃｏｈｅｒｅｎｔ公司生产，激光输出频率为２ ５２２ＧＨｚ，功率２０ｒｏＷ。ＡＵＲＡ上搭载的ＭＬＳ与 ＵＡＲＳ上搭载的ＭＬＳ相比，可以测量更多的大气成分（如：ＯＨ，ＨＯ２，Ｏ３，ＨＣ１，ＣＩＯ，ＨＯＣ１，ＢｒＯ，ＨＮＯ３，Ｎ２Ｏ，ＣＯ， ＨＣＮ，ＣＨ，ＣＮ，ＳＯ 等）及云中的含汽量、大气温度以及高层大气中的污染物质。这一ＴＨｚ波段的探测器极大 增进了对臭氧层、大气组分和气候变化关系的理解［５］。表１列出了ＡＵＲＡ卫星上ＭＬＳ各个辐射计频率及其 探测的种类 表１ ＭＬＳ辐射计及其探测的物质种类 １１ａｂ．１ ＭＬＳ ｒａｄｉｏｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ 辐射计 辐射计观察波段 探测种类 中心频率 Ｒ１ Ｒ２ Ｒ３ Ｒ４ Ｒ５ １１８ＧＨｚ １９０ＧＨｚ ２４０ＧＨｚ ６４ＯＧＨｚ ２．５ＴＨｚ 温度，压力，冰云，位势高度 冰云，Ｃ１０，Ｎ：Ｏ，Ｏ，，ＨＣＮ，火山灰中的ＳＯ 、Ｈ Ｏ、ＨＮＯ， 冰云，温度，压力，ＨＮＯ，，０，，ＣＯ 冰云，Ｏ，，ＨＯＣ１，ＣＨ ＣＮ，火山灰中的ＳＯ ，ＨＣＩ，Ｃ１０，ＢｒＯ，Ｎ ０，ＨＯ ０，，冰云，温度，压力，ＯＨ ２．２欧洲的研究进展 ２００１年，欧洲的瑞典、法国、芬兰等国联合发射了Ｏｄｉｎ太赫兹波段卫星，用于天文及高层大气研究［６１。大 气观察高度范围为１５～１２０ｋｍ，Ｏｄｉｎ卫星携带了４个亚毫米波段的辐射计，每个辐射计的观察频率范围以及 探测的物质种类如表２所示， 表２ Ｏｄｉｎ辐射计及其探测的物质种类 ６ ２ Ｏｄｉｎ ｒａｄｉｏｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ 辐射计 Ｒ１ Ｒ２ Ｒ３ Ｒ４ 测量频段／ＧＨｚ ４８６～５０６ ５４１—５６０ ５４６—５６４ ５６６—５８１ 探测的物质种类 ０ ，Ｃ１０，Ｎ２Ｏ，Ｈ２Ｏ，Ｈｚ＇＂Ｏ０３，ＨＮＯ，，Ｈ：０，Ｈ２１８０，，ＨＤＯ， Ｈ２１６０，Ｎ ０ Ｏ，，Ｈ２０，Ｈ ０ ，ＮＯ，Ｈｚ１６０ ０，，ＣＯ，ＨＯ：，Ｎｚ０ ２００４年．ＥＳＡ发射了罗塞塔（Ｒｏｓｅｔｔａ）人造飞行器，工作频率为１８８ＧＨｚ和５６０ＧＨｚ，该飞行器将于２０１４ 年夏天飞行到彗星Ｃｈｕｒｙｕｍｏｖ Ｇｅｒａｓｉｍｅｎｋｏ上，探测彗尾和彗核中存在的一氧化碳、氨、甲醇等物质的含量同。 由欧洲合作研制的气球运载大气监测仪ＴＥＬＩＳ在２００７年进行了测试飞行。ＴＥＬＬＳ搭载了高灵敏度的低 温（４Ｋ）超导外差式探测器，系统包括一个５００ＧＨｚ接收器，一个５００—６５０ＧＨｚ接收器以及一个１．８ＴＨｚ接收 器，可以探测的物质包括０，，Ｃ１０，ＢｒＯ，Ｎ Ｏ，ＨＣ１，ＨＮＯ３，ＣＨ３Ｃ１，ＨＯＣ１以及ＯＨ与Ｈ Ｏ。 ２００９华５月１４日，ＥＳＡ的“赫歇尔”（Ｈｅｒｓｃｈｅ１）太空望远镜在法属圭亚那的欧洲空间局太空中心被“阿 丽亚娜５”型火箭送人太空。这是第一个工作在红外及亚毫米波波段的冷宇宙天文卫星，也是迄今为止口径 最大的红外太空望远镜，它工作在５５～６７２￣ｍ（０．４５～５．５ＴＨｚ）的从远红外到亚毫米的光谱范围中。它全长９ｍ， ７８ 航天返回与遥感 ２０１２年第３３卷 直径４．５ｍ，质量达３．３ｔ，主镜口径３．５ｍ。Ｈｅｒｓｃｈｅｌ主要探测仪器包括ＰＡＣＳ和ＳＰＩＲＥ两个红外波段的辐射热 计及ＨｔＦＩ太赫兹外差接收装置。ＨＩＦＩ为高分辨外差分光计，结合使用ＳＩＳ探测器（ｂａｎｄｓ５；４８０ＧＨｚ～１．２５ＴＨｚ） 与热电子辐射热计（Ｈｏｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｏｌｏｍｅｔｅｒ，ＨＥＢ）（ｂａｎｄｓ６～７；１．４—１．９ＴＨｚ和２．４—２．７ＴＨｚ）进行 昆频。Ｈｅｒｓｃｈｅｌ 将有望揭开早期宇宙的真面目，其考察目标包括：研究早期宇宙中星系的形成和演化；考察恒星是如何形成 和演化的，以及它们与星际介质的相互联系；探测银河系的化学成分，行星、彗星及卫星的表面和大气的分子 化学：考察宇宙的分子化学。 ２．３亚洲的研究进展 ２００５年１月８日，日本宣布ｌＯ年科技战略规划，把太赫兹研究项目列为十大国家支柱技术战略目标的 首位。日本的东京大学、京都大学、大阪大学、东北大学、福田大学以及ＳＬＬＳＣ、Ｎｒｒｒ等公司也都大力开展了太 赫兹的研究与开发工作。 ２００９年９月１１ Ｅｌ，日本为国际空间站日本舱研制的亚毫米临边探测器ＪＥＭ／ＳＭＩＬＥＳ发射升空。ＪＥＭ／ ＳＭＩＬＥＳ使用了最新研发的液氦冷却ｓＩｓ（Ｓｕｐｅｒｃ０ｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）探测器，ＪＥＭ／ＳＭＩＬＥＳ将对 地球大气成分如Ｏ３，Ｈ Ｃ１，Ｈ盯Ｃ１，ＣＩＯ，ＢｒＯ，ＨＯＣ１，ＨＯ ，ＨＮＯ３，ＣＨ３ＣＮ及Ｏ 同位素进行观测。ＪＥＭ／ＳＭＩＬＥＳ是 第一个利用超导外差探测器进行地球观测的太赫兹计划，与美国及欧洲之前发射的Ａｕｒａ ＭＬＳ以及Ｏｄｉｎ相 比，ＪＥＭ／ｓＭＩＬＥｓ具有更高的探测灵敏度［８１。表３具体列出了ＪＥＭ／ｓＭＩＬＥｓ不同高度测量的不同种类的物质。 表３ ＪＥＭ／ＳＭＩＬＥ不同高度探测的种类 Ｔａｂ．３ ＪＥＭ／ＳＭＩＬＥ ｍｅａｓｕｒｍｅｎｔｓ ａｔ ｖａｒｉｏｕｓ ａｌｔｉｔｕｄｅ 高度范围 散逸层 同温层 ＴＵ／ＬＳ 探测种类 ０３，Ｈ Ｃ１，Ｈ”Ｃ１，风，ＨＯ２，Ｈ ０２ Ｈ Ｃ１，Ｈ”Ｃ１，ＨＯ ，Ｈ：０：，Ｃ１０，ＢｒＯ，ＨＯＣ１，Ｏ，及其同位素 ＨＯ：，冰水成分，Ｏ， ２．４国际合作项目研究进展 由欧美等国联合研制的单孑Ｌ远红外太赫兹太空望远镜（ＳＡＦＩＲ）计划用于太空观察，研究宇宙中银河系、 行星等最初的演变。ＳＡＦＩＲ预计于２０１５～２０２０年发射，观察波长范围从４０１ｘｍ ｌｍｍ，采用低温工作的ＳＩＳ或 ＨＥＢ探测器进行混频完成外差式接收，并使用ＴＨｚ激光作为本机振荡器。ＳＡＦＩＲ的探测精度已经接近远红 外、亚毫米波段辐射的极限，具有极高的探测灵敏度。 美国ＮＡＳＡ和德国航空航天中心（ＤＬＲ）的合作项目ＳＯＦＩＡ（Ｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｏｂｓｅｒｖａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ａｓｔｒｏｎｏｍｙ），ＳＯＦＩＡ的主要设备是一个工作在红外和太赫兹波段的望远镜。因具备高分辨率，ＳＯＦＩＡ可以测 量小行星数据，拍摄行星大气结构，并可以像前任柯伊伯机载天文台那样，通过掩星研究类木行星环系。 ＳＯＦＩＡ还可以单独观测某颗原恒星，帮助人们了解其组成、结构、质量和周边环境等特性，进一步了解恒星演 化的图景。此外，星际介质的辐射集中在中远红外和亚毫米波段，ＳＯＦＩＡ的工作波段可满足研究星际介质连 续谱辐射和谱线的要求。ＳＯＦＩＡ于２００９年１２月进行了首次试飞行，并在２０１０年进行了一系列的优化飞行 试验。 ２００３年１１月６日，来自北美、欧洲和智利的一些科学家和社会名流启动了世界上最大的、最灵敏的操 作在亚毫米级波长上的射电望远镜项目ＡＬＭＡ（Ａｔａｃａｍａ Ｌａｒｇｅ Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ Ａｒｒａｙ）。ＡＬＭＡ大型毫米级射电天 文望远镜组将成为世界上首屈一指的天文观测仪器。它由６４个高精度天线组成，这些天线分布于智利安第 斯山脉的查南托高原。查南托高原位于智利的阿塔卡玛沙漠的圣佩德罗地区．该地区海拔在５ ０００ｍ以上 ＡＬＭＡ的主要功能是以高清晰度和超高空间分辨率对宇宙的神秘莫测的冷区域进行观钡０和成像，它能够提 供ＨＳＴ望远镜（Ｈｕｂｂｌｅ Ｓｐａｃｅ Ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ）、ＶＬＴ望远镜（Ｖｅｒｙ Ｌａｒｇｅ Ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ）、ＪＷＳＴ望远镜（Ｊａｍｅｓ Ｗｅｂｂ Ｓｐａｃｅ Ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ）及ＳＫＡ（Ｓｑｕａｒｅ Ｋｉｌｏｍｅｔｅｒ Ａｒｒａｙ）所不能具备的天体物理前沿研究手段。 ２．５我国太赫兹技术空间应用进展 国内机构和各科研院校对太赫兹科学技术给予了高度关注。特别是２００５年以太赫兹科学技术为 第１期 林栩凌等：太赫兹技术空间应用研究探讨 ７９ 主题的第２７０次香山科学会议的召开，极大推动了我国太赫兹科学技术的研究。国家科技部、国家自然科学 基金委员会等对太赫兹研究也给予了一定的支持，有关太赫兹研究已列入国家９７３计划、国家８６３计划，这 为今后我国ＴＨｚ研究打下了坚实的基础。此外，针对国际上的研究瓶颈问题，我国在太赫兹源、探测、成像应 用以及传输等领域的理论和实验研究上已逐步形成自己的研究特色．并取得了一些重要成果。 自１９９６年起。中科院上海微系统与信息技术研究所和上海交通大学在国内较早地开展了太赫兹物理与 器件方面的研究工作。在国际上率先成功发展了太赫兹辐照下的半导体输运平衡方程，深人细致地研究了太 赫兹辐射与半导体微结构的相互作用规律，对ＴＨｚ—ＱＣＬ的基本科学问题也进行了深入细致的研究，并与加 拿大科学家合作研制了ＴＨｚ—ＱＣＬ原型器件。 天津大学在基于超晶格材料光学拉曼散射、参量振荡、差频等二阶、三阶非线性效应产生太赫兹辐射研 究上取得阶段Ｉ生成果，实现了１．５ ２．７ＴＨｚ可调谐相干太赫兹源，同时还在超晶格材料非共线、差频侧面输出 理论方面进行了研究，为提高差频效率奠定了基础。 中科院西安光学精密机械研究所也开展了基于光学技术的大功率太赫兹源研究，主要包括：研制了集成 太赫兹发射器和可饱和布拉格反射器（ＳＢＲ）的腔内型ＴＨｚ—ＩＲ双色辐射源；利用光参量差频技术产生大功率 的太赫兹辐射。以及基于全光纤激光器的太赫兹产生技术：开展了光激半导体量子结构中的太赫兹动力学过 程研究。 中科院物理所于２０世纪９０年代初期就建立了国内第一台时域光谱测量系统。近年来，在超强太赫兹脉 冲的产生、太赫兹脉冲的传播和太赫兹波在瞬态光谱分析中的应用等方面，开展了卓有成效的研究工作。 中科院紫金山天文台和南京大学是我国开展超导探测技术研究的两个主要单位。中科院紫金山天文台 是我国开展毫米波、亚毫米波天文学研究的主要单位之一，目前负责运行我国唯一的毫米波望远镜（青海， １３．７ｍ）和亚毫米波望远镜（Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｓｕｂｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ Ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ，ＰＯＳＴ）；研制的ＡＬＭＡ第八波段超导ＳＩＳ混频器 性能达到国际领先水平，第十波段的工作也于２００５年底取得实破进展，并在国内首先开展了超导ＨＥＢ热电 子混频研究工作，在国际上率先实现了４Ｋ闭环制冷方式的超导ＨＥＢ热电子混频研究，在１ＴＨｚ频段内的研 究水平与国际上其它研究小组取得的结果相当。 基于自由电子激光（ＦＥＬ）的太赫兹源研究工作己在中科院上海应用物理所、中国工程物理研究院和电 子科技大学进行，并取得一定的成果。 中国空间技术研究院在“十一五”开展了国防重点项目“空问太赫兹应用技术”等课题研究，由于起点要 求高，目前与国外差距不是很大。此外作为空间系统总体单位，中国空间技术研究院与高等院校紧密结合，开 展核心技术攻关，有望通过卫星搭载在太赫兹空间遥感技术方面作出成绩。 ３太赫兹技术空间应用展望 国际上太赫兹技术在空间领域的应用研究主要围绕几个大的空间和天文研究计划课题进行，例如 ＡＵＲＡ、ＳＯＦＩＡ、ＡＬＭＡ、Ｈｅｒｓｃｈｅｌ、ＴＥＬＩＳ、ＳＭＩＬＥＳ等，归根结底都是围绕着太赫兹的产生和探测来进行的。为 此我国在开展太赫兹空间技术研究时需要着重考虑以下几个方面： （１）太赫兹理论研究 太赫兹的理论研究还比较薄弱，在研究太赫兹技术空间应用的同时，需要对其理论机制做更深的了解， 目前，人们尚未能从理论方面对其进行严格的推导或计算，还需对其进行解释和研究。 （２）太赫兹波源研究 开展适用于空间技术的太赫兹源研究。太赫兹波的产生和检测是太赫兹科学技术研究中的重点和难点。 缺少高功率、低造价和便携式的室温太赫兹光源是太赫兹成像以及太赫兹雷达等高新技术发展的最主 要因素，同时也是太赫兹技术在空间中应用的关键因素之一。 （３）太赫兹波探测 开展高灵敏度超导探测器技术研究。目前，我国在太赫兹波段的探测器研究才刚刚起步，与欧美等国的 ８０ 航天返回与遥感 ２０１２年第３３卷 差距很大，高灵敏度太赫兹探测器的研制对于开展太赫兹空间技术研究尤为重要。 （４）数据处理与图像识别技术 开展宽带高分辨率数字信号处理技术研究。现有的太赫兹系统设备的信息处理过程很复杂，目前太赫 兹波图像分析的关键在于提高分析速度、改善太赫兹波系统的性能和可用性。为了提高观测速度，要求处理 带宽尽量大．同时处理算法分辨率尽量高。此外，如果研究的目标尺寸太大，对成像造成困难，同时目标表面 漫散射，使得目标结构变得更为复杂，因此需要通过建模及计算完成图像的识别。 此外．考虑到目前国内外太赫兹技术的发展水平和太赫兹波段的特性，在航天遥感领域的应用应该主要 在被动式探测方面对空间天体进行探测；考虑到地球大气对太赫兹波段的吸收，以探测大气环境为主；在通 讯应用方面．可以考虑隐蔽通讯的可能。 ４结束语 由于太赫兹处于电磁波谱的特殊位置，使其具有极其重要的学术价值，并已在一些重要的研究领域显示 出其独特优越性，太赫兹科学技术已成为科学研究的热门课题之一。本文介绍了太赫兹技术空间应用的国 内外研究发展状况，并结合我国实际情况提出了我国发展太赫兹空间技术需要着重解决的几个问题。 参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ） ［１】王少宏，许景周，张希成．太赫兹技术的应用及展望［ＪＪ．物理，２００１，３０：６１２—６１５． Ｗａｎｇ Ｓｈａｏｈｏｎｇ，Ｘｕ Ｊｉｎｇｚｈｏｕ，Ｚｈａｎｇ Ｘｉｃｈｅｎ￣Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｏｕｔｌｏｏｋ ｏｆＴＨＺ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．Ｐｈｙｓｉｃｓ，２００１，３０：６１２－６１５．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） 【２］Ｆｅｒｇｕｓｏｎ Ｂ，Ｚｈａｎｇ Ｘｉｃｈｅｎｇ．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ１．Ｎａｔｕｒｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００２，１（１）：２６－３３． ［３】Ｓｉｅｇｅｌ Ｐ Ｈ．Ｔｅｒａｈｅａｚ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ Ｍｉｃｒｏ—ｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ Ｔｅｃｈ，２００２，５０（３）：９１０－９２８． 【４］Ｎｅｕｇｅｂａｕｅｒ Ｇ，Ｂｅｉｃｈｍａｎ Ｃ Ａ，Ｓｏｉｆｆｅｒ Ｂ Ｔ，ｅｔ ａ１．Ｅａｄｙ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ａｓｔｒｏｎｏｍｉｃａｌ Ｓａｔｅ１１ｉｔｅ［Ｊ】．Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９８４，２２４ ．（４６４４）：１４—２１． 【５］Ｍｅｌｎｉｃｋ Ｇ Ｊ，Ｓｔａｕｆｆｅｒ Ｊ Ｒ，Ａｓｈｂｙ Ｍ Ｌ Ｎ，ｅｔ ａ１．Ｔｈｅ Ｓｕｂｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ Ｗａｖｅ Ａｓｔｒｏｎｏｍｙ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ：Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓ ａｎｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ［ＪＪ．Ａｓｔｒｏｐｈｙｓｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ，２０００，５３９（２）：１７７－１８５． 【６］Ｅｋｓｔｒｏｍ Ｍ，Ｅｒｉｋｓｓｏｎ Ｐ，Ｒｙｄｂｅｒｇ Ｂ，ｅｔ ａ１．Ｆｉｒｓｔ Ｏｄｉｎ Ｓｕｂ—ｍｍ Ｒｅｔｒｉｅｖａｌｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｔｒｏｐｉｃａｌ Ｕｐｐｅｒ Ｔｒｏｐｏｓｐｈｅｒｅ：Ｈｕｍｉｄｉｔｙ ａｎｄ Ｃｌｏｕｄ Ｉｃｅ Ｓｉｇｎａｌｓ［Ｊ］．Ａｔｏｍｓ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ，２００７，７：４５９—４６９． 【７］Ｃｌａｉｒｅ Ｖ，Ｖｉｎｅｙ Ｄ，Ｍｉｋｅ Ａ，ｅｔ ａ１．Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ Ｐｌａｎｎｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｒｏｓｅｔｔａ Ｅｎｃｏｕｎｔｅｒ ｗｉｔｈ Ｃｏｍｅｔ ６７Ｐ／Ｃｈｕｒｙｕｍｏｖ－Ｇｅｒａｓｉｍｅｎｋｏ 【Ｊ１．ＡＩＡＡ，２０１０：２１６７。 ［８】Ｙａｓｕｋｏ Ｊ ｋ，Ｐｈｉｌｉｐｐｅ’Ｂ，Ｓａｔｏｓｈｉ Ｏ，ｅｔ ａ１．ＪＥＭ／ＳＭＩＬＥＳ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ［Ｃ］．ＳＰＩＥ，２００９，７４７４：７４７４０Ｓ－６． 【９】张怀武．我国太赫兹基础研究ｆＪ】．中国基础科学．２００８，１０（１）：ｌ５—２０． Ｚｈａｎｇ Ｈｕａｉｗｕ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．Ｃｈｉｎａ Ｂａｓｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００８，１０（１）：１５—２０．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） 作者简介 林栩凌，男，１９８２年生，工学博士，主要从事太赫兹技术及其在空间遥感领域的应用研究工作。
