一文读懂太赫兹的波形长什么样子？
2019年ITU世界无线电通信大会明确275GHz～450 GHz频段共137GHz带宽的频谱资源可用于固定和陆地移动业务应用，为太赫兹通信产业提供了明确频谱政策指引。有人说“6G可能成为太赫兹技术实现飞跃式发展的最重要的契机，它不是简单的某一个产品，而是代表一个新的时代，太赫兹已经迫不及待的奔向6G的怀抱”。
但是每当一个新的移动通信制式出现的时候，我们更多地会去了解它的频率，带宽，调制方式，信道编码，复用方式，传输速率，传输时延，信道（物理，传输，逻辑），帧结构，接入控制，资源管理，应用场景等等。这些只能说明，移动通信发展了百余年，已经进入了一个非常成熟的阶段。而对于太赫兹通信系统而言，由于路损，功率等的限制，还在纠结于相关器件，芯片甚至传输线，链路发现等的研究。但也许我们不能完全照搬移动通信系统的发展套路去思考太赫兹通信系统。或许某一天，太赫兹突破了某些瓶颈，就可以“大鹏一日同风起，扶摇直上九万里”了。
上一回，我们提到了太赫兹空隙（介于光学和电子学之间），科学家们一方面使用光学技术，从高频向低频发展，例如激光器；另一方面又使用电子学技术，从低频向高频扩展微波元件的频率范围；其实还有第三个方面叫做超快光电子学技术，由1THz左右出发向两侧展宽。今天我们就以超快光电子学技术为例介绍一下太赫兹的产生及探测，了解一下太赫兹的波形长什么样子。
有人会理所当然地想，不就是频率为10^12Hz的正弦波嘛。显然我们经常容易将某些事情去“理所当然”，引力波的存在是理论物理学家提出来的，但如果没有实验物理学家搭建巧妙的实验环境，便永远无法用事实向世人证明它的存在。太赫兹波理论上的存在，并不表示我们随时随地就可以去观测，随便拿个信号发生器就想生成吗？拿个频谱仪就想看到吗？太赫兹波的生成和探测有它特有的方式：
一、光电导天线
1984年，Auston等人利用光电导开关发射了具有皮秒脉冲宽度的电磁脉冲，在该脉冲传播一段距离后，又利用一个与发射源对称的装置检测了该脉冲，这一实验报道的太赫兹脉冲产生和探测方式，标志着太赫兹光电子学的诞生！如下图所示：
下面这张图是光电导天线发射太赫兹波的经典方法，光电导天线由两根蒸镀在半绝缘半导体基片上的电极组成，先在两个电极上施加偏置电压，由于基片的半绝缘性质，在两个电极之间形成了一个电容器结构，并储存了静电势，如果这时有光子能量高于半导体能隙的光脉冲，辐照在电极的间隙中，将会在该区域的半导体表面产生瞬生的自由载流子，当这些载流子在偏置电压下加速运动时，会形成随时间变化的电流，从而储存的静电势能以电磁脉冲的形式释放出来。选择特定的电压参数，产生的电磁辐射的频率范围就可落在太赫兹范围。
二、飞秒脉冲激光器
在此之后，飞秒激光技术和材料技术的不断发展，使得太赫兹波的产生效果不断优化，下图结构为，当飞秒激光脉冲照射在电极间隙时，在该区域形成光生载流子；使用低温生长的砷化镓（low-temperature GaAs ，LTG）作为基片材料；利用高折射率材料（例如高阻硅）制作超半球透镜来提高耦合效率。
下图是一个钛蓝宝石激光器的实物图片：
三、太赫兹产生及探测系统
产生：下面这张图，是使用同一种太赫兹发生器，用不同的探测方法进行检测的实验设置图，太赫兹源是由一个单电场20mW泵（pump），经过AOM（acousto-optic modulator，声光调制器），20X镜片，到40 V偏压的发射器（emitter），这里为Ti:蓝宝石激光器（100 fs，800nm），光电导天线分别是45和60毫米的长度的偶极子以及5毫米的间隙，产生80 mA光电流：
探测：产生出来的太赫兹脉冲是什么样的呢？用不同的检测方法，得到的结果略有区别，如下图所示：a）图是使用FSEOS探测方法（free-space electro-optic sampling 自由空间电光采样法）。其中探测器为2.2毫米厚的碲化锌（ZnTe）晶体。FSEOS检测中使用的探头功率为1.8mW~0.9 mW，每个光电二极管上的功率为1.8 mW。b）图是使用光电导天线方法。使用的是75毫米的LTG偶极子与5毫米的间隙！
两种检测方法的频域有些许差别，但从两张时域图可以看出，太赫兹脉冲的宽度都是ps量级的。
四、太赫兹波发射及探测方式比较
上面讲了许多，也只是众多太赫兹生成和探测方法中的一两种，以下的两张表分别是太赫兹波发射源和太赫兹波探测器的方式比较，供大家参考：
以上文章来源网络，如有涉及侵权，请联系删除！我们一直在关注这方面的发展，对话题有不同见解的欢迎一起讨论。
国家高新技术企业；唯一覆盖中国和欧美运营商认证服务机构；业内最为优秀第三方认证服务商之一；专业的人做专业的事；
入库：┆移动┆联通┆电信┆中国广电┆
欧美：┆GCF┆PTCRB┆VzW┆ATT┆TMO┆FCC┆
中国：┆CCC┆SRRC┆CTA┆
号码：┆IMEI┆MAC┆MEID┆EAN┆