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 2007年国际红外与 22464
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2018太赫兹科技发展回顾与展望——代新年贺词
发布时间:2018-12-26 15:12:14 阅读:977

来源:太赫兹战略发展研究基地、太赫兹研发网、《太赫兹科学与技术》国际在线杂志 杨平

    2018已渐进尾声,这一年中国的太赫兹科技延续近年来的发展态势,科学研究和成果转化亮点纷呈。在新旧交替之际,我们回顾本年度太赫兹科技发展历程,可以从中总结经验,以利其持续健康快速的发展;展望新一年太赫兹科技发展前景,带给我们更多的是对太赫兹科学事业的憧憬与期盼。作为中国科技事业发展的重要组成部分,我国的太赫兹科技事业立足瞄准国家重大战略需求这一制高点,围绕着重大科学前沿问题和共性关键技术领域来推动太赫兹科学研究及产业的发展,这是当代太赫兹科研工作者与产业工作者的光荣使命,同时也深感责任重大,但我们始终坚信——志之所趋,无远弗届。

    1、芬兰成功开发出太赫兹系统集成制造技术

    芬兰VTT国家技术研究中心发布消息称,该中心成功开发的极高频率太赫兹系统集成制造技术将使得电信和影像设备体积更小、成本更低、频率更高。这种新的解决方案可降低太赫兹系统生产成本,有望将成本降低到目前成本的十分之一,同时使部件体积明显减小。

    2、新技术:物理学家采用自旋电流生成太赫兹波!

    德国凯泽斯劳滕工业大学(TUK)的团队开发出一种生成太赫兹波的新方法。他们利用了磁性金属纳米结构中的量子磁电流,也称为“自旋电流”。这种低成本、节材的技术有望应用于工业领域。太赫兹自旋电子学技术是一个新兴的研究领域。只有到了最近,柏林的同事们才首次演示了自旋电流可以生成太赫兹波。

    3、中国电科50所成功研制高帧率被动太赫兹安检仪

    中国电子科技集团公司第五十所太赫兹研发团队成功研制出高帧率被动太赫兹安检仪。该安检仪通过对人实时成像,成像速度高达16帧/秒,能在不到0.1秒内完成人体成像与目标检测。检测准确率高,实现了非接触、无停留人体安检模式,该项技术目前已达到国内领先水平。

    4、合肥研究院等在太赫兹应力调制器研究中取得进展

    中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心盛志高课题组与上海大学金钻明博士、合肥研究院固体物理研究所研究员苏付海合作,首次实现了基于石墨烯的太赫兹应力调制器。

    研究表明,基于石墨烯的器件具有优异的调制效果。调制深度大,在1THz处的调制深度高达26%,且还有进一步提升空间;可双向调制,张/压应力下的太赫兹波调制分别为正/负;重复性和稳定性好,这得益于所选择的材料——石墨烯具有优异的机械和电学性能;低插入损耗,基于应力的太赫兹调制技术主要基于本征载流子迁移率分布的调控,并没有非平衡载流子产生,故而具有远低于电学和光学调制的插入损耗。该调控机制可用于制备高速太赫兹调制器,在未来的太赫兹应用中具有良好的发展前景。

    5、西安光机所太赫兹超材料功能器件研究获进展

    中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室研究员范文慧课题组,在太赫兹超材料功能器件方面的研究取得进展。

    利用石墨烯构建的三维太赫兹超材料结构,通过与太赫兹波的相互作用,可以实现多个等离子体共振模式激发;将这种具有多个等离子体共振模式的三维超材料结构应用于太赫兹传感,具有很高的传感灵敏度,可实现多频段太赫兹波超灵敏主动传感和多频带完美吸收功能,为太赫兹传感研究提供了一种创新方法。

    6、上海微系统所等在多彩太赫兹成像研究中取得进展

    中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术国家重点实验室陶虎课题组联合中科院太赫兹固态技术重点实验室黎华、曹俊诚课题组以及复旦大学附属华山医院毛颖课题组,开发出一种基于可调式多频段太赫兹量子级联激光器和多频段超材料谐振子阵列的新型太赫兹实时成像装置,该装置目前实现了在2.5 THz、3.4 THz和4.3 THz三个频点的实时多彩成像。

    该研究提出的太赫兹超材料实时多彩成像技术在保留太赫兹波低辐射、低伤害性、高穿透力、高分辨率、对水分敏感等特性的前提下,具有大阵列、多像素;无需逐点/逐行扫描,直接二维成像;可多频段工作;制造工艺简单,成本较低等特点。基于该太赫兹实时多彩成像装置,已成功实现了对隐藏的农药残留物草酸铜、抗生素甲萘醌和维生素K的无损鉴别,且成功实现了人脑转移瘤的有效诊断。

    7、非线性光学晶体芯片(NLOC)用于早期疾病探测的生物样本微量分析

    来自大阪大学的研究人员研发出一种非线性光学晶体芯片(NLOC),将太赫兹光波与微流控装置结合,并充分利用了太赫兹光源与微通道内被测物质溶液的紧密近场性。采用这项技术,即便样本少于一纳升,也可以探测出几飞克分子的溶液浓度。

    对于常见疾病早期、迅速的诊断可谓是这项技术在今后的重要运用前景之一。此外,这项技术还能够以非创伤型方式分析检测活体细胞,这对于今后的研究有着众多的潜在优势。这一发现势必会加速太赫兹实验室芯片技术的发展与未来

    8、首款国产太赫兹成像芯片发布

    中国电子科技集团第13所自主研制应用于无损安检成像的太赫兹芯片,在首届数字中国建设峰会上正式发布。其将为我国日益严峻的安防问题提供有效解决途径。

    该产品在材料生长、工艺制造、仿真建模、电路设计等各个关键技术环节实现了独立研发、自主可控,以此研发的太赫兹探测器模块,价格、性能均优于国外同类产品,可显著提升我国太赫兹人体安检设备水平。

    9、中国科大在太赫兹波段主动调控材料和器件研究中取得系列进展

    中国科学技术大学陆亚林教授量子功能材料和先进光子技术研究团队在太赫兹主动调控器件研究方面取得系列进展。该团队研究了太赫兹波与超构材料、氧化物超晶格薄膜相互作用机制,并成功制备了超快的太赫兹调制器,率先实现了皮秒级的高调制深度的太赫兹超快开关;同时制备了多功能的太赫兹器件,在单一器件中实现电开关、光存储和超快调制多种功能。

    10、关于石墨烯中太赫兹光响应的争论得到了一次和局

    莫斯科物理技术学院(MIPT)及英国和俄罗斯的物理学家们共同揭示了在太赫兹辐射下导致石墨烯中光电流的机制。该论文发表于Applied Physics Letters,结束了关于高频辐射照射下石墨烯中直流电起源的长期争论,也为开发高灵敏度太赫兹探测器奠定了基础。这种探测器可用于医疗诊断,无线通信和安全系统。这项研究的主要成果并不是性能更好的仪器;而是洞察光电流背后的物理机理。将有助于太赫兹探测器的最佳设计以及危险物质远程检测设备的开发。

    11、德国慕尼黑工业大学:新型天线将促进太赫兹电子器件的开发!

    德国慕尼黑工业大学领导的科研团队首次成功地采用等离激元微型天线,在芯片上的电路中生成频率达10THz超短的太赫兹信号,并通过芯片运行这些电脉冲。这项技术将促进强大的新型太赫兹元件的开发。

    12、基于碳纳米管的柔性太赫兹成像仪诞生

    Tokyo Tech(日本东京工业大学)的研究人员基于化学“可调”碳纳米管材料开发出了一种柔性太赫兹成像仪。这款新型THz成像仪的可弯曲性和进一步微调的可能性,将大大扩展在不远的将来对基于碳纳米管太赫兹器件进一步开发的可能性。其研究发现也大大拓展了太赫兹应用,包括环绕式、可穿戴技术,以及大面积光子学器件等。

    13、第四届全国太赫兹科学技术学术年会成功在蓉举办

    2018年7月14 -15日,第四届全国太赫兹科学技术学术年会在成都金牛宾馆隆重召开。本次会议由中国电子学会太赫兹分会主办,太赫兹科学协同创新中心、电子科技大学承办。

    本次会议围绕太赫兹源、检测、功能器件、通信、太赫兹生命医学、雷达成像等多方面领域进行深入广泛的交流。本次年会具有水平高、参与规模大、研究领域广的特点,超过130份报告涉及太赫兹领域从基础研究到应用技术各个方面的研究成果,充分展示了我国太赫兹科学技术的最新发展和水平。

    14、我国首次实现反射式手性全息成像

    天津大学太赫兹研究中心韩家广教授团队在基于超表面的全息成像技术方面取得突破,首次实现了反射式手性全息成像。

    经过精密设计的超表面对太赫兹波能够产生强烈的“手性响应”,使用这种超表面材料制成的全息板可以识别不同光的偏振态,记忆信息量也更丰富,让全息板“变聪明”,最终实现完全独立的全息成像,大幅度提高了全息板工作效率。

    15、广东省太赫兹产业技术创新联盟暨深圳市太赫兹科技创新协会成立

    7月28日,“广东省太赫兹产业技术创新联盟暨深圳市太赫兹科技创新协会成立大会”在深圳宝安举行。据了解,该联盟和协会将紧密团结深圳市、广东省乃至全国的太赫兹领域的企事业单位、高等院校及科研机构,充分发挥协会在太赫兹技术研发和产业成果转化方面的积极作用,为促进深圳市太赫兹研究及产业化发展做出积极的贡献。

    16、基于多电极结构的石墨烯热电太赫兹探测器研究取得重要进展

    中国科学院上海技术物理研究所、红外物理国家重点实验室陆卫、陈效双、王林、陈刚及合作者们避开了传统器件的设计思路,采用四端电阻结构实现对不同器件的电极互连,研究发现了通过电极之间的互连产生类似于三极管的器件开关性能。同时,研究人员通过电极之间的偏压效应产生石墨烯沟道的非对称光电流,在偏压作用下器件光电流呈现出线性上升的趋势,产生光电流增益,对应器件响应出现数量级的提高。此外,研究表明石墨烯和金属接触位置的局域场可以驱动非平衡载流子,诱导石墨烯沟道载流子分布的变化,在偏压场作用下器件产生光电导效应,器件响应可以达到280V/W,为当前国际报道的最高值。该项研究工作将为实现便携式成像系统、人体医学太赫兹表征设备的核心器件提供崭新的途径

    17、IRMMW-THz2021花落蓉城

    9月9日-9月14日,第43届“国际红外毫米波-太赫兹会议”(43th IRMMW-THz)在日本名古屋国际会展中心(Nagoya Congress Center)召开。刘盛纲院士带领电子科技大学红外毫米波与太赫兹研究院团队师生前往参会并代表中国与澳大利亚竞争申办2021年会议(46th IRMMW-THz)主办权。

    历经近一年的准备和努力,在国际委员会(IOC)午餐会上,通过激烈的竞争答辩并经由国际委员会成员投票表决,最终刘盛纲院士团队胜出,赢得了2021年第46届国际红外毫米波-太赫兹会议在中国的举办权。刘盛纲院士及电子科技大学副校长胡俊教授任本地委员会主席,会议将于2021年9月12日-9月17日在成都举行。

    18、上海交大团队研究强激光驱动的宽带强太赫兹辐射的偏振态控制获进展

    上海交通大学物理与天文学院激光等离子体实验室盛政明、陈燕萍负责的太赫兹研究团队利用飞秒激光装置,通过操控激发等离子体的双色激光场,突破传统偏振控制元件的带宽限制瓶颈,首次实现了对激光等离子体辐射的宽带强太赫兹脉冲偏振状态的灵活操控。实验上,他们使用圆偏振的基频光和线偏振的倍频光组成的激光双色场,获得了圆形太赫兹偏振变化域,通过控制激光等离子体通道长度、激光双色场相对相位和基频光偏振手性实现了对宽带太赫兹辐射偏振椭圆率、偏振方向角、偏振手性等参数的独立调控。理论上建立了“空间线性偶极阵列”的宏观模型,该模型中等离子体光丝各个部分的自由电子具有不同的动量分布,于是沿着光丝形成一系列具有不同振荡幅度和振荡方向的太赫兹辐射偶极,这些偶极辐射的太赫兹波在远场相干叠加,形成了具有特定偏振状态的太赫兹脉冲。该模型的预测与实验观测结果相一致,为宽带太赫兹辐射的偏振操控技术奠定了基础。该研究有助于推动宽带太赫兹波在材料分析、结构生物学、遥感和通信等领域的广泛应用。

    19、上海理工大学研发出太赫兹波谱仪助力进博会“守好第一道关”

    上海理工大学庄松林院士团队联合上海海关研发出“太赫兹波谱液体检测仪”“太赫兹波谱信件检测仪”,让危险液体、信件无处遁形。

    每一种物质都有自己的波谱,就好像人类的“指纹”一样,太赫兹波谱液体检测仪、太赫兹波谱信件检测仪只需要通过无损、无创、非接触的方式“扫一扫”,就能够分辨出不同的波谱并快速鉴别出该物质类型,市面上现有的所有危险液体、危险物质,都难逃它的火眼金睛。相比于传统安检仪,它小巧的外形还利于配合安检传输线,不需要进行改装,节省空间且方便使用。

    20、密歇根大学研发出火柴头大小的太赫兹辐射装置

    美国密歇根大学的物理学家们已经在实验室中研发出能弯曲晶体内的光线以产生同步辐射的装置。

    密歇根大学的研究者使用他们的装置来弯曲可见光以产生波长在太赫兹范围内的光。

    21、新发现:用石墨烯电导率变化实现太赫兹调制

    1815年,David Brewster发表了一篇论文,描述了实现透明物体零反射所需的入射角。两百多年后,香港中文大学许建斌和华威大学Emma Pickwell-MacPherson领导的科学家小组应用这些知识以及最新技术,创造了破纪录的太赫兹调制器。

    石墨烯控制的布鲁斯特角太赫兹调制器将真正带我们进入太赫兹技术进入现实应用的未来。

    22、上海理工太赫兹技术创新研究院庄松林院士团队在太赫兹轨道角动量操控方面取得新进展

    上海理工大学太赫兹技术创新研究院在庄松林院士的带领下与美国麻省理工大学胡青教授,澳大利亚墨尔本大学顾敏教授合作在太赫兹轨道角动量的操控方面取得重要进展。通过在金属薄膜上引入各项异性且互相正交的圆形空气阵列,实现了太赫兹波的波前调控(螺旋位相),获得具有轨道角动量的太赫兹波束。通过局域操控各个空气隙缝的角度控制几何位相,实现了轨道角动量任意拓扑荷的调控和偏振/自旋(左旋和右旋)依赖的太赫兹OAM(场分布一致,拓扑荷相反)光束。进一步,通过设计阿基米德螺旋线阵列结构引入动力学相位,实现了非完全相反拓扑荷的偏振依赖的太赫兹OAM光束。研究工作将可能在太赫兹通讯,微粒子操控等方面具有重要应用。

    23、国内首款太赫兹视频SAR研制成功

    由中国航天科工集团二院23所成功研制的我国首款太赫兹视频SAR(合成孔径雷达),日前在陕西完成飞行试验,成功获取国内第一组太赫兹视频SAR影像成果。

    据悉,23所将高频段视频SAR作为机载雷达重要发展方向之一,在国内率先实现了从Ka波段到THz波段的视频SAR雷达研制工作。此次飞行试验获得成功,将太赫兹视频SAR进一步推向应用,使其有望在国防和公共安全等方面发挥作用。

    综上观之,从基础材料、器件组件到系统级整合应用,从研究开发到成果转化,在国际太赫兹科技日趋激烈的竞争中,中国太赫兹科技的基础研究与应用研究突破连绵不断,展现了本学科领域旺盛的活力,也让我们见证了国家科技水平的快速发展、综合国力的飞速提升和中国科学家及科研工作者的坚守。

    展望未来,太赫兹科技对经济与社会的影响渐受瞩目,逐渐占据重要政策议程。来自美国国防部消息,美国目前正在推进包括太赫兹频率电子、超材料太赫兹频率范围在内的“比互联网影响更大”的四个重大颠覆性技术项目。也正由于太赫兹科技在国防和国家安全领域的重要地位日益凸显,其基础性、关键性核心技术的掌握和高性能核心元器件的突破研究就显得尤为重要。正如习近平总书记在今年全国网络安全和信息化工作会议上指出:“核心技术是国之重器。我们要下定决心、保持恒心、找准重心, 加速推动信息领域核心技术突破”。只有核心技术牢牢掌握在我们自己手中,才会有话语权,才能真正掌握竞争和发展的主动权而不致于处处受制于人。

    我们预期在2019及未来相当一段时间,太赫兹领域科学研究、产品开发、转化应用进程仍将持续加速,其间各环节的潜在影响因素也应引起重视,我们当见之于未萌、识之于未发,积极主动地做好前瞻性对应安排。把推进协同和增强自主创新作为太赫兹科学事业发展的两大引擎,作为总体战略贯穿到太赫兹科学事业建设各个方面。在国家层面形成和完善推进协同、利于创新促进太赫兹应用及产业化发展的机制、体制和发展环境,包括金融、财税、国际贸易、人才、知识产权保护等制度环境,优化市场环境,强化激励机制和补偿机制,建立健全容错纠错机制。做好体系化核心关键技术和项目的整体发展战略规划,大力推进基础创新、应用创新、管理创新、技术创新,打通基础研究和技术创新衔接的通路,重点建设重大原创性、前瞻性、对国民经济和国防建设均有深远影响的战略性项目。

    盛世又逢春,太赫兹科技的发展之路任重而道远,只要我们坚持发展与创新,坚持高起点与高速度,进一步加大投入和支持力度,太赫兹科技必将在新的时代有新的发展、新的作为,带给我们一个个惊喜,一个个赞叹!

    时光飞逝,转眼我们即将迎来充满希望的2019年。在这辞旧迎新的美好时刻,中国太赫兹研发网、《太赫兹科学与技术》国际在线杂志向所有的朋友们致以新年的祝福!祝大家新年快乐,万事如意!

 
 

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