太赫兹波在军事领域的应用研究.doc

太赫兹波在军事领域的应用研究 太赫兹波是指频率在0.1THz-10THz（波长在30um至3000um之间）范围内的电磁波，其波段位于微波和红外光之间，属于远红外波段。见图1。 图1.THz波在电磁波段中的位置 20世纪80年代中期以前，由于缺乏有效产生和检测太赫兹波的方法，人们对该频段电磁辐射的性质的了解非常有限，因此其发展受到很大限制，应用潜能也未能得到充分发挥。近20多年以来，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，使太赫兹辐射的产生机理、检测 技术和应用技术的研究得到蓬勃发展。太赫兹频段是一个非常具有科学价值但尚未开发的电磁辐射区域。由于太赫兹的优良特性，其在军事领域的应用正一步步地被开发研究出来。 太赫兹波的性质 太赫兹波的一系列独特的优越特性，主要是由它在电磁波谱中所处的特殊位置决定的，而这些优越特性又是其应用前景的基础。其主要特点如下: (1)太赫兹波具有很高的时间和空间相干性。太赫兹辐射是由相干电流驱动的偶极子振荡产生、或是由相干的激光脉冲通过非线性光学差频产生的，具有很高的时间和空间相干性。现有的太赫兹检测技术可以直接测量振荡电磁场的振幅和位相。 (2)太赫兹波的光子能量低。频率为1THz的电磁波的光子能量只有大约4.1meV，约为x射线光子能量的百万分之一，因此不会对生物组织产生有害的电离，适合于对生物组织进行活体检查。如利用太赫兹时域谱技术研究酶的特性，进行DNA鉴别等。 (3)太赫兹辐射能以很小的衰减穿透如脂肪、碳板、布料、塑料等物质，因此可用于探测低浓度极化气体，适用于控制污染。另外，太赫兹辐射可无损穿透墙壁、布料，可在某些特殊领域发挥作用; (4)室温下(300K左右)，一般物体有热辐射，这一辐射大约对应6THz。从宇宙大爆炸中产生的宇宙背景辐射有1/2都在光谱中的太赫兹部分。 (5)从GHz到太赫兹频段，许多有机分子表现出较强的吸收和色散特性，这是由分子旋转和震动的跃迁造成的。这种跃迁是一种特殊的标志，物质的太赫兹光谱(包括发射、反射和透射)包含有丰富的物理和化学信息，这使得太赫兹波有类似指纹一样的唯一性特点。 (6)太赫兹波的典型脉宽在亚皮秒量级，不但可以进行亚皮秒、飞秒时间分辨的瞬态光谱研究，而且通过取样测量技术，能够有效地防止背景辐射噪音的干扰。目前，太赫兹辐射强度测量的信噪比可大于1010 。 太赫兹波在军事中的应用 1.可进行远程监视与探测 由于太赫兹辐射具有比微波更短的波长及更高的时间检测精度，因而可做成太赫兹雷达对目标进行敏感探测与监视，与微波雷达相比，它可探测更小的目标和实现更精确的定位.因此，太赫兹雷达在国家安全与军事上有着广阔的应用前景。 在一般情况下，雷达主要靠接收目标的反射信号来发现目标.如果目标表面能使雷达波被吸收或散射，就可大大减小被对方雷达发现的概率，从而达到隐形的目的.通常，用吸波材料构成的隐形目标只对很窄的一个波段适合，所以常规的窄带微波雷达无法有效探测雷达截面很小的隐形飞机.而太赫兹雷达发射的太赫兹脉冲包含了丰富的频率，可使隐形飞机的窄带吸波涂层失去作用.并且，这种宽带太赫兹雷达波，对扁平形薄边缘不会像普通雷达那样形成共振吸收而减弱反射强度，它仅能产生很小的共振面而使反射波增强.这种太赫兹雷达可以GW级和成千上万种频率发射纳秒以至皮秒级的脉冲，因此拥有许多普通雷达所没有的优点和能力. 总之，由于雷达主要是用来探测空中目标的方位和距离的，而超宽带太赫兹雷达以其高的距离分辨率、强穿透力、低截获率、强抗干扰性以及优越的反隐身能力，完全可用于对国家安全的远程监视与探测。 2.可进行远距离成像 太赫兹成像所依据的基本原理是:透过成像样品〔或从样品反射)的太赫兹电磁波的强度和相位包含了样品复介电函数的空间分布.将透射太赫兹电磁波的强度和相位的二维信息记录下来，并经过适当的处理和分析，就能得到样品的太赫兹图像.太赫兹成像系统的构成如图所示。太赫兹成像系统的构成和工作原理与太赫兹时域谱测试系统相似.太赫兹波被聚焦元件聚焦到样品的某一点上，收集元件则将透过样品(或从样品反射)的太赫兹波收集后聚焦到太赫兹探测元件上.太赫兹探测元件将含有位置信息的太赫兹信号转化为相应的电信号.图像处理单元将此信号转换为图像.另外，通过测量太赫兹光谱，不仅可以得到物体光谱的强度(振幅)信息，还可得到其相位信息，因而可以用来对物体进行三维立体成像，在战场上用于显示前方灰尘或烟雾中的坦克等. 3.利用太赫兹时域光谱技术对爆炸物进行检测与区分 太赫兹时域光谱(太赫兹TDS)是一种非常有效的测试技术，典型的太赫兹时域谱实验系统主要是由超快脉冲激光器、太赫兹发射元件、太赫兹探测和时间延迟控制系统组成.太