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雷达目标特性与识别课程报告之

太赫兹雷达及其散射特性介绍

一、引言

太赫兹技术是目前信息科学技术研究的前沿与热点领域之一，受到世界各国研究机构的

高度关注，并且开展了许多基础与应用方面的研究工作，这一新型技术的科学价值预示着它

具有蓬勃的生命力和美好发展前景。美国2004年将太赫兹技术列为“改变未来世界的十大

技术”，2006年将其列为国防重点科学，包括美国国家基金会(NSF)、国家航天局(NASA)、

DARPA、能源部(DOE)等机构的项目支持，美国国家航天局喷气推进实验室(NASAJPL)，

橡树国家实验室（ORNL）等研究机构和Intel，IBM等企业公司的共同参与。日本2005年

将太赫兹技术列为“国家支柱技术十大重点战略目标”之首。欧盟设专项资金资助太赫兹技

术的研究，英国以卢瑟福国家实验室（RAL）为代表的太赫兹技术研究机构，德国，荷兰，

以色列等，都在大力支持太赫兹技术的基础和应用研究。在这场太赫兹技术研究热潮中，各

国都希望在太赫兹技术的研究和应用中取得一席之地。

二、太赫兹频谱介绍

太赫兹(THz)波是指电磁频率在0.1THz~10THz(波长在3mm~30μm)之间的电磁波,

图1所示，波段介于微波与远红外光之间，兼有微波毫米波与红外光两个频段的特性。该频

段是宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，也是电子学向光子学的过渡区，这是最后一个

人类尚未完全认知和利用的频段，由此，也被称为电磁波谱的“太赫兹空隙(THzgap)”。

图1THz波在电磁波谱中的位置图

太赫兹波相比毫米波、红外线，在传播、散射、反射、吸收、穿透等方面有着显著的优

点：太赫兹波的波长短，空间分辨率很高；太赫兹波具有很好的穿透沙尘烟雾的能力，对非

金属材料具有良好的穿透性；太赫兹波光子能量小，没有类似X射线的电离效应，不会对

物质产生破坏作用。

[1]

太赫兹波的主要是通过THz源的辐射产生。THz辐射的主要特点：

(1)量子能量和黑体温度很低，如表1；

(2)许多生物大分子的振动和旋转频率都处于THz波段，所以利用THz波可以获得丰

富的生物及其材料信息；

(3)THz辐射能以很小的衰减穿透如陶瓷、脂肪、碳板、布料、塑料等物质；

(4)THz的时域频谱信噪比很高，使THz非常适用于成像应用；

(5)瞬时带宽很宽(0.1~10THz)，可利用于高速通信，如图2；

表1THz波的量子能量和黑体温度

图2THz脉冲对应的频谱图

根据THz辐射产生的机理，可以将其辐射源分为两大类：一类是利用电子学的方法，

另一类是利用光学的方法产生THz波辐射。目前光学方法产生THz辐射的主要有以下几种：

(1)THz气体激光器；

(2)利用超短激光脉冲产生THz辐射，有两种方案：光电导和光整流；

(3)利用非线性差频过程(DFG)和参量过程产生THz波；

(4)基于远红外光泵浦产生THz辐射；

利用光学参量方法可研制出在室温下运转、宽带可调谐、结构紧凑及易于操作的全固态

THz波辐射源：太赫兹波参量发生器(THz-waveParametricGeneration—TPG)和太赫兹波参

量振荡器(THz-waveParametricOscillator－TPO)。

采用电子学法主要有以下几种：

(1)反向波振荡器（BackwardWaveOscillator－BWO）；

(2)THz回旋管（THzGyrotrons）；

(3)自由电子激光器（Freeelectronlaser，FEL）；

(4)浅掺杂的P型锗半导体激光器；

(5)量子级联激光器（Quantumcascadelaser,QCL）；

(6)电子学振荡器频率转换（倍频）；

(7)基于高能加速器的THz辐射源；

利用电子学方法产生THz辐射的优点是效率较高，可以产生大功率的THz波，但频率