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2019太赫兹科技发展回顾与展望——代新年贺词
发布时间:2019-12-26 19:18:34 阅读:926

来源:电子科技大学红外毫米波与太赫兹研究院、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

    时间如流水,一路向前奔跑,2019就要与我们告别,有太多的不舍,更有太多的期待。回首即将过去的一年,太赫兹领域取得了不俗的成绩,太赫兹科技从基础研究到关键组件、系统研制,从应用开发到产业化再到商业化都有较大的发展,形成同步并举的态势。2020即将到来,这一刻,站在时光的隧道口,回顾过去一年太赫兹科技发展的点点滴滴,我们可以从中得到启示借鉴,以展望新一年太赫兹科技发展的美好前景。

    回首,是为了更好地前行……

    1、奇特的电子液体:将有助于太赫兹器件开发!

    美国加州大学河滨分校的物理学家们通过强大的激光脉冲轰击超薄的半导体“三明治”,创造出了首个室温条件下的“电子液体”。这项研究有望带来应用于外太空通信、癌症检测、安全检测等领域的太赫兹设备。

    这项研究不仅使得在极其微小的尺度上探索物质基本物理学变得可能,而且有助于进入一个量子材料(其结构是在原子尺度上设计)的新时代。

    2、物理所等利用强激光大幅提升太赫兹脉冲能量

    中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心光物理重点实验室L05组研究员李玉同和上海交通大学张杰、廖国前等人组成的研究团队,对强激光-固体靶相互作用产生太赫兹辐射的新途径进行了探索。在前期利用激光加速的高能电子激发太赫兹渡越辐射工作的基础上,在与英国卢瑟福实验室教授David Neely等人进行的联合实验中,大幅提升了太赫兹脉冲能量。实验表明,太赫兹脉冲能量高达50 mJ,这是迄今为止在实验室中获得的最高太赫兹能量。

    3、利用太赫兹辐射可确定脑肿瘤边界

    俄罗斯莫斯科国立鲍曼技术大学、布尔坚科神经外科研究所和俄罗斯科学院普罗霍罗夫基础物理研究所的科研团队,提出了利用太赫兹辐射确定脑肿瘤边界的方法,从而显著提高了治疗脑肿瘤的效果。

    研究人员用不同程度的恶性脑肿瘤片段对该诊断方法进行了测试。实验过程中,太赫兹诊断结果与组织学专家的判断结果完全一致,表明这种诊断方法精确度和通用度都很高。

    4、科学家们利用太赫兹等离子体技术开发出可调谐生物成像装置

    东京工业大学(Tokyo Tech)的研究人员开发了一种易于使用的、可调谐的太赫兹系列生物传感器。使用新装置获得的小鼠器官图像验证了传感器能够区分不同组织。这项成果扩大了太赫兹在生物分析和未来诊断中的应用可能性。

    5、上海交大课题组与合作者实现太赫兹示波器记录飞秒相对论电子束完整时间信息

    上海交通大学物理与天文学院张杰院士和向导教授领导的课题组与华东师范大学、中科院上海光机所、西北核技术研究所等国内外同行合作,利用两个偏振态方向相互垂直的线偏振太赫兹脉冲合成圆偏振脉冲,首次在介质波导中以太赫兹波长为时间基准实现对相对论能量级电子束完整时间信息的精确测量,并获得3 fs的超高时间分辨率。

    该‘太赫兹示波器’提供的超高时间分辨率预期将对提高超快电子衍射装置的时间分辨率、提高逆康普顿散射装置的电子-激光对撞时间精度以及提高太赫兹加速中电子与太赫兹的同步精度等有较大促进作用。

    6、国家重点研发计划“面向生物医学应用研究的新型太赫兹辐射源”项目正式启动

    4月29日,由电子科技大学承担的国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项“面向生物医学应用研究的新型太赫兹辐射源”项目启动会在沙河校区举行。这是电子科技大学获得的首个国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项项目。本项目的实施不仅对太赫兹源的发展起着重要作用,也对我国的医学领域进步有着重要意义。

    7、研究人员利用高激发的里德堡态原子实现高速太赫兹成像系统

    英国达勒姆大学(University of Durham)的研究人员创建了一种新的成像系统,该系统在室温下利用原子蒸气激发将太赫兹辐射转换为可见光。该系统可以使用传统的高速摄像机快速有效地获取太赫兹图像,而且新技术也让太赫兹辐射的应用开发变得更容易。

    8、上海光机所提出可重构的太赫兹超表面实施方案

    中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室研究员司徒国海课题组与首都师范大学物理系教授张岩课题组合作提出可重构的太赫兹超表面实施方案。该技术方案在太赫兹波段实现了任意、快速、精准的波前调制,为可重构超表面的发展提供了新的思路和实验验证。该方案可用于实时成像、光学开关、产生非线性效应的时变材料、信息处理、显微镜的逐点扫描、自适应光学等领域。

    9、太赫兹辐射的新发现有益于生物医学

    来自俄罗斯圣彼得堡国立信息技术机械与光学大学(ITMO UNIVERSITY)的科学家在世界上首次成功地直接测量了物质在太赫兹频率范围内的非线性折射率。实验结果与先前的理论预测相比较,证实了非线性效应的存在。实验所获得的数据可以用来控制光,以及用于基础和生物医学研究。

    10、第五届全国太赫兹科学技术学术年会在上海召开

    2019年6月23日-25日,在上海大华虹桥假日酒店国际会议中心成功举办了第五届全国太赫兹科学技术学术年会。此次会议由中国光学工程学会、中国仪器仪表学会、中国电子学会太赫兹分会联合主办,由电子科技大学、上海理工大学、中科院上海微系统与信息技术研究所共同承办。包括国内高校、研究机构、专业学会以及科技公司在内的共计600余名专家学者参加此次会议。

    太赫兹科学技术学术年会是太赫兹领域规模最大的全国会议,是国内太赫兹科学技术领域科技工作者的一次盛会。旨在推动国内太赫兹科学技术的发展,促进学术交流,通过融合国内太赫兹领域力量协同创新发展太赫兹的相关问题。

    11、科学家研究发现 太赫兹光波可用于控制量子

    爱荷华州立大学的科学家们发现太赫兹光可以用来控制加速超电流,这将有助于在原子和亚原子尺度上打开物质和能量的量子世界,可以帮助物理学家通过利用超电流,创造出速度极快的量子计算机,以实现超快计算等实际应用。

    12、微型太赫兹电子加速器:创造新世界纪录!

    德国电子同步加速器研究所(DESY)的科学家们在实验型微型粒子加速器领域创造了一项新的世界纪录。史上首次,这种太赫兹驱动的加速器将注入电子的能量提高了一倍多。  DESY超高速光学与X射线研究组的领头人 Franz Kärtner 强调称:“这一成果代表朝着具体实现太赫兹驱动的加速器迈出了关键一步。”

    13、新技术有望使太赫兹光谱扫描速度大幅提升

    中国航天科工集团二院207所团队近日完成太赫兹时域光谱系统快速扫描模块研发,或将使光谱扫描速度大幅提升。该模块由基于音圈电机的时间延迟线及高速数据采集系统组成,可将单次波形(100ps)扫描时间由过去的15分钟缩短到0.25秒,采样率达到4赫兹。

    207所将把此次研发的快速扫描模块用于太赫兹材料参数测量系统和太赫兹频段雷达散射截面测量系统,提高数据的实时获取能力,以进一步拓展该技术的应用前景。

    14、闭合太赫兹空隙:微小激光器迈出新型传感的重要步伐

    普林斯顿大学研究小组研究人员创造出可以安装在微芯片上的小型但高效的激光器,该系统采用的是高于无线电波但又低于热成像长波红外线的太赫兹频率来对电磁辐射进行发射和探测。该设备采用的辐射光束频率精准、稳定,这种设置被称为频率梳,因为它包含多个“齿”,每个“齿”都能发出不同频率但精准定义的辐射光,并与样品材料中的分子产生相互作用。研究人员采用双梳结构,就能够有效地测量出反射辐射,并利用反射辐射中独特的模式或光谱特征,对样品中的不同分子组成进行有效识别。

    虽然目前生产太赫兹成像技术设备成本昂贵、操作不便,但这一新型系统基于半导体设计,成本更低,每秒成像能力强。这一成像速度对于制药生产线上药片生产的实时质量控制以及其他一些快节奏领域内检测将大有用武之地。

    15、太赫兹技术逃离超低温

    来自苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)量子电子学研究所(Institute for Quantum Electronics)的Lorenzo Bosco, Martin Franckié和Jérôme Faist满怀兴奋地报道了他们是如何在210k (-63°C)温度下实现完成了太赫兹量子级联激光器。这是迄今为止这类设备所能取得的最高操作温度。更重要的是,这是首次在不需要低温冷却剂的温度条件下演示这种设备的操作。相反,Bosco等人使用的是热电制冷器,它比低温设备更紧凑、更便宜、更容易维护。随着这一实验的进展,他们消除了通往太赫兹各种实际应用道路上的主要障碍。

    16、上海微系统所在太赫兹被动光频梳方面取得重要进展

    中科院上海微系统所曹俊诚、黎华研究员领衔的太赫兹(THz)光子学器件与应用团队与华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室曾和平教授团队、中科院苏州纳米所国际实验室张凯研究员团队合作,在国际上率先实现基于THz量子级联激光器(QCL)的增强型被动光频梳,采用太赫兹泵浦探测技术,首次测量到THz QCL被动光频梳的脉冲发射。该工作为将来进一步提高THz QCL光频梳频率稳定性和实现THz超短短脉冲输出奠定重要基础。

    17、石墨烯“打底”我国科学家制备出高速晶体管

    中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心先进炭材料研究部科研人员首次制备出以肖特基结作为发射结的垂直结构晶体管“硅—石墨烯—锗晶体管”,成功将石墨烯基区晶体管的延迟时间缩短了1000倍以上,并将其截止频率由由约1.0MHz提升至1.2GHz,未来有望在太赫兹(THz)领域的高速器件中应用。

    18、第七届深圳先进科学与技术国际会议(SICAST 2019)隆重召开

    2019年11月18日,第七届深圳先进科学与技术国际会议(SICAST 2019)在深圳市人才公园隆重开幕,会议主题为“太赫兹科学技术及应用”。旨在推动国际、国内太赫兹科学与技术发展,促进本领域高层次国际交流与合作。会议有来自7个国家的13份大会特邀报告和13份国内专题报告,带来了国际国内包含太赫兹辐射源、近场探测、成像、功能器件等多个领域及太赫兹在通信、天文等应用领域最新、最前沿的研究进展。

    19、新型紧凑太赫兹激光器能在室温下工作

    哈佛大学、麻省理工学院和美国陆军合作,研制出一款紧凑型、在室温下工作、能广泛调谐的太赫兹激光器,此次研究的突破在于,使用了高度可调谐的量子级联激光器作为光泵,能够有效产生可广泛调谐的光。是迄今性能最优异的太赫兹激光器,有望在高带宽通信、超高分辨率成像、射电天文学等领域“大显身手”。

    20、上海理工大学太赫兹技术创新研究院在太赫兹超表面透镜和高分辨成像取得系列研究进展

    上海理工大学太赫兹技术创新团队在顾敏院士和庄松林院士的指导之下,臧小飞、朱亦鸣教授等提出了一套理论方案同时控制太赫兹波的位相和偏振实现太赫兹超表面透镜并应用至太赫兹高分辨成像

    21、世界无线电通信大会首次明确275GHz以上太赫兹频段固定和移动无线电业务可用频率

    太赫兹通信将迎来重大的发展机遇。经过全球6个区域电信组织多次协调,中、美、德、法、加等国代表的充分讨论,2019年世界无线电通信大会(WRC-19)最终批准了275GHz~296GHz、306GHz~313GHz、318GHz~333GHz和356GHz~450GHz频段共137GHz带宽资源可无限制条件地用于固定和陆地移动业务应用。这是国际电联首次明确275GHz以上太赫兹频段地面有源无线电业务应用可用频谱资源,并将有源业务的可用频谱资源上限提升到450GHz,将为全球太赫兹通信产业发展和应用提供基础资源保障,将会给太赫兹产业界提供明确的频谱政策指引,极大推动太赫兹技术和应用的快速发展,为其在未来无线电通信中发挥更加重要的作用奠定基础。

    22、滨松公司产生450μm波长的太赫兹波

    日本滨松光子学株式会社(Hamamatsu Photonics)宣布,已成功地在太赫兹范围内以450μm的波长产生太赫兹波,这是在室温条件下能够可靠的从单半导体激光器产生的世界上最长的波长。这项研究结果将有助于对含有亚太赫兹电磁波成分的药品和食品进行质量和无损检测。除此以外,还可以用于亚毫米天文学和高速、大容量、短距离通信

    23、国家基金委基础科学中心项目“太赫兹科学技术前沿”获批

    2019年11月,国家自然科学基金委公布了本年度13项基础科学中心资助项目名单。由中科院空天信息创新研究院牵头,联合电子科技大学和上海理工大学,中科院院士、空天院院长吴一戎作为首席科学家的“太赫兹科学技术前沿”项目获得批准资助,资助直接经费总额为8000万元。

    该基础科学中心项目立足于发展太赫兹核心功能器件所面临的基础科学问题,围绕太赫兹波与新型材料及新型结构相互作用的量子电磁效应、高功率辐射源及高灵敏度探测器技术等方面开展研究。

    展望未来,创新之路,始于基础科学研究突破。作为交叉学科前沿领域,太赫兹科技发展依然需要基础科学研究的突破和太赫兹内外多学科多领域交叉融合,且“融合”的深度和广度都将发生变化。推动太赫兹科技与产业进步的关键在于高功率太赫兹辐射源和高灵敏太赫兹器件的研究与制备,因此着重发展基于新材料、新技术的太赫兹功能器件和高功率、低成本、轻便且可在室温下工作的太赫兹辐射源,将使各类新型太赫兹应用系统成为可能,并开辟出更多潜在的用途,促进其从实验室向商业化过渡,因而对太赫兹新材料的研究也将给予更大的重视。可以预见,随着新材料、新技术更深、更广地渗透到太赫兹领域中,研发重点将向功能化、小型化、智能化、集成化的方向发展,将对推动太赫兹科技研究和拓宽商业应用范围起到积极的作用,让太赫兹科技的应用开发变得更为容易,其价值也将不断在新的应用场景中得以体现,给太赫兹科技发展带来更多机会。

    推动协同创新向更深层次更高水平迈进,为太赫兹科技和产业发展提供有力的保障与支撑。以太赫兹科技和产业发展格局为背景,基于太赫兹科技产业发展现实和市场分析,融通太赫兹科技研究与产业发展的需求,协同集聚政府、企业、院校、科研、用户、资本等多方资源,持续加大科技投入和政策引导作用,把科技创新与政府融合,与资本整合,与用户结合,促进创新链、产业链、价值链、融资链有效对接,推动符合太赫兹科技实际的创新协同体系从“产学研”向“政产学研用资”提升转变,以充分发挥各方协同发展的综合优势,拓宽研究思路,拓展研究路径,切实提高关键核心技术创新能力,加大太赫兹前沿基础应用研究,对关乎国家重大战略需求的研究,集中力量重点突破,以期实现富有效率的产研融合,加速推动科研成果产业化。

    “不驰于空想,不骛于虚声”。太赫兹科技的进步已逐渐惠及于国计民生,为食品、医疗、通信等领域带来福音,并将对造福人类社会带来更为积极而深远的影响。当然,我们也应看到,太赫兹领域目前仍有许多技术问题亟待解决,太赫兹科技发展之路道阻且长。为此,广大太赫兹科学家、技术专家和产业工作者将胸怀责任,以勇于担当的精神,形成上下同欲、踏实奋斗的强大合力,不断开辟太赫兹科技事业发展新境界。好风凭借力,发展正当时,未来亦可期!2020,我们走在更广阔的路上……

    新年的曙光即将扑面而来!值此佳节来临之际,衷心祝愿各界朋友:新年快乐,阖家幸福!新的一年更上一层楼!

 
 

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