隨著全球首份6G白皮書的發(fā)布，標志著6G的研究已經在路上，這多少有些讓人猝不及防，5G還沒有使用上，轉眼就已經開始研究6G了。

而從6G白皮書以及各國提出的方案來看，都把一項技術作為了突破口——太赫茲，究竟什么是太赫茲呢?今天我們就一起來了解一下!

太赫茲，實際上是一個頻率單位，1THz=1000GH，人們對太赫茲研究主要在0.1THz~10THz之間。

太赫茲波又稱遠紅外波，波長在0.03mm-3mm之間，比微波更短，該范圍兩側的微波與紅外線均已有了廣泛的應用，它是電磁波段中最后一段未被人類充分認識和應用波段，故而這一頻段有個外號叫做“太赫茲鴻溝”。

太赫茲是一個非常特殊的存在，從頻譜上看，太赫茲波在整個電磁波譜中處在微波與紅外波之間;從光學領域看，太赫茲波被稱為遠紅外射線;從能量上看，太赫茲波段的能量介于電子和光子之間。

正是因為其特殊性，讓其具有頻率高、脈沖短、穿透性強，且能量很小，對物質與人體的破壞較小等特質。太赫茲曾被評為“改變未來世界的十大技術”之一，科學家認為太赫茲擁有廣泛的應用前景。

比如在空間通信方面，太赫茲波可以作為高速寬帶的通信載體。太赫茲波通信具有極高的方向性和穿透能力，因此適用于惡劣環(huán)境下的短距離保密通訊，也適用于高帶寬需求的衛(wèi)星通信領域。國際通訊聯(lián)盟已經指定0.12和0.22THz兩個頻段分別用于下一代地面無線通信與衛(wèi)星間通信。

太赫茲通信系統(tǒng)

而在安全檢測方面，太赫茲波對很多非極性物質有很強的穿透能力，可以進行遠距離探測和高分辨率的成像。它不僅能探測到金屬，人體攜帶的非金屬、膠體、粉末、陶瓷、液體等危險物品都能被系統(tǒng)識別，在軍事偵察、可疑危險品、有毒有害物品檢測等方面提供技術保證。

在生物醫(yī)學上面，太赫茲的頻段能夠直接探測到生物分子的信息，這是其他電磁波段無法無法比擬的。因此可以對食品中的地溝油、蔬菜水果中的農藥、奶粉中的三聚氰胺等進行檢測。

太赫茲對食品的檢測

由于太赫茲波很容易被水分子或氧氣分子等極性物質吸收，所以該輻射不會穿透人體的皮膚，對人體是很安全的。同時水和其他組織對太赫茲波具有不同的吸收率，因此它可廣泛應用于對人體局部成像和疾病的醫(yī)療診斷上，比如對于皮膚癌和乳腺癌等的檢測。

不久前，中國科學院重慶綠色智能技術研究院太赫茲技術研究中心就表示太赫茲波能直接“看到”DNA、蛋白質等生物大分子，而這有助于早期癌癥的防治，對癌癥患者而言，早期發(fā)現(xiàn)、早期診斷有助于癌癥的根治。

當患者處于癌癥早期時，癌細胞在人體血液或體液內的含量雖然非常少，但太赫茲波技術卻能比傳統(tǒng)檢測技術提早6個月左右。

中國工程物理研究院還在國際首次腦膠質瘤太赫茲技術診治的研究成果，獲取了腦膠質瘤太赫茲波段的折射率、吸收系數(shù)、介電常數(shù)，消除了水分的影響，更能反映腦膠質瘤和正常腦組織的本身特性變化;并且給出了適合不同成像方式(連續(xù)波成像、脈沖成像)的太赫茲頻段范圍和頻率點，能夠有效指導腦膠質瘤太赫茲成像，為太赫茲光譜與成像技術應用于腦膠質瘤診斷墊定了基礎。在應用于生物醫(yī)學研究的太赫茲源方面，獲得了峰值功率接近1MW的太赫茲脈沖輻射，提高了太赫茲生物醫(yī)學診斷系統(tǒng)的信噪比。

可以說，在生物醫(yī)學方面，太赫茲技術擁有非常廣闊的前景。

而在通信上，太赫茲一直被認為是6G的關鍵技術，被認為是無線通信技術的未來，太赫茲根據(jù)通信原理，頻率越高，允許分配的帶寬范圍越大，單位時間內所能傳遞的數(shù)據(jù)量就越大，也就是我們通常說的“網(wǎng)速變快了”。

如果我們真的在6G時代可以成熟運營太赫茲技術，單從頻率上來講，6G的網(wǎng)速將會是5G的10倍左右。除此之外，太赫茲還兼具微波通信以及光波通信的優(yōu)點，即傳輸速率高、容量大、方向性強、安全性高及穿透性強等。

科學家還想把太赫茲做在衛(wèi)星上，因為在外太空，近似真空的狀態(tài)下，不用考慮水分的影響，這將比當前的超寬帶技術快幾百至一千多倍，能夠實現(xiàn)萬級以上的帶寬。

這也是為什么各個國家都想在太赫茲技術上取得突破的原因。一旦在6G時代掌握主動權，那么就掌握了全球經濟的主導權。這也是為什么美國一直不爽中國是全球5G領先者的原因，專利數(shù)據(jù)公司IPlytics公司發(fā)布了5G專利競爭態(tài)勢報告曾指出：5G將促進數(shù)以萬計的新產品、新技術和新服務的產生，并將提高生產力，創(chuàng)造新產業(yè)。全球5G網(wǎng)絡將統(tǒng)一移動通信，并通過物聯(lián)網(wǎng)(IoT)將萬事萬物連接到一起。5G技術可以將車輛、船舶、建筑物、儀表、機器和其他實體物品與電子、軟件、傳感器和云連接起來，嵌入式5G技術將允許機器在物理世界中交換信息、集成到基于計算機的系統(tǒng)中。近年來，3G和4G的專利權人控制了智能手機行業(yè)中移動技術的利用方式。因此5G的專利權人也可能通過在各個市場實現(xiàn)5G連接而成為技術和市場的領導者。

也正是因為美國在5G不領先，所以才會想要在6G中扳回一局，所以對于太赫茲技術的研發(fā)可以說十分迫切。2019年，美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)投票，一致決定開放面向未來6G網(wǎng)絡服務的“太赫茲”頻譜，用于創(chuàng)新者開展6G技術試驗。

而日本2005年就將太赫茲技術列為“國家支柱十大重點戰(zhàn)略目標”之首，舉全國之力進行研發(fā)。

目前，日本在太赫茲技術研究上已經處于世界先進行列，日本廣島大學在全球最先實現(xiàn)了基于CMOS低成本工藝的300GHz頻段的太赫茲通信。此外，日本在太赫茲等各項電子通信材料領域“獨步天下”，幾乎達到壟斷地位，這是其發(fā)展6G的獨特優(yōu)勢。

總而言之，太赫茲技術可以說在具有廣闊而無限的前景。但目前受限于當前太赫茲波源和太赫茲波探測技術的發(fā)展不成熟，太赫茲波段與傳輸控制相關的基礎功能器件目前非常匱乏，而這些器件是構建未來太赫茲應用技術框架所必不可少的組成部分。

除此之外，對太赫茲來說，其對濾光片、探測器等頗為苛刻的要求也制約了其應用的前景。

盡管這些領域的研究已經進行了二十多年，但與激光技術相比，太赫茲技術所需要的許多關鍵器件還是十分有限的，很多技術尚待開發(fā)，甚至一些基礎理論研究也是急需發(fā)展的。

德國固態(tài)物理研究所(IAF)、德國聯(lián)邦物理技術研究院(PTB)、Braunschweig 大學、日本NTT、美國貝爾實驗室、加拿大多倫多大學、法國IEMN、美國Asyrmatos 通信系統(tǒng)公司等在太赫茲技術研究上投入了巨大的精力。

日本NTT公司的120 GHz寬帶無線通信系統(tǒng)

歐盟2017 年成立的由德國、希臘、芬蘭、葡萄牙、英國等跨國TERRANOVA 計劃，明確提出研發(fā)超高速太赫茲創(chuàng)新無線通信技術。

目前太赫茲技術正逐步向更高速率、更高大氣窗口頻率以及低功耗與小型集成化和實用化方向發(fā)展，截至現(xiàn)在太赫茲通信技術形成了基于微波光子學的光電結合方式、全固態(tài)混頻電子學方式、直接調制方式這3 類針對不同的應用場景并行發(fā)展的態(tài)勢。

日本NTT公司很早就開發(fā)的120 GHz通信系統(tǒng)，在千米距離實現(xiàn)了10 Gbps的無線通信，并應用于2008年北京奧運會的節(jié)目轉播。

中國在太赫茲技術的研究上也花費了巨大的精力，早在2016年的時間，電子科技大學率先在國際上研制出了首套直接調制方式的太赫茲通信系統(tǒng)，并實現(xiàn)了千米級高清視頻傳輸。該系統(tǒng)采用外部高速調制器直接對空間傳輸太赫茲信號進行調制，這種調制方式較現(xiàn)有的太赫茲通信方式，具有可靈活搭配中高功率太赫茲輻射源實現(xiàn)遠距離通信的優(yōu)點，有效突破了目前太赫茲通信系統(tǒng)中承載發(fā)射功率過低的問題。目前，該系統(tǒng)實現(xiàn)了0.34 THz 工作頻率吉比特每秒的高清視頻業(yè)務數(shù)據(jù)傳輸。

所以，盡管目前太赫茲技術在應用上還存在許多的問題，但是它廣闊的前景也讓科學家們前赴后繼想要將它徹底征服，讓我們拭目以待!