虹科問答 | 《淺談太赫茲技術(shù)、產(chǎn)品與應(yīng)用》直播問答速遞

虹科光電的太赫茲主題直播圓滿結(jié)束，

參加的觀眾提出了很多有價值的問題。

我們整理了全部的問題供各位學(xué)習(xí)參考~

虹科太赫茲直播Q&A

Q1

現(xiàn)在太赫茲方向有工業(yè)應(yīng)用了嗎？

A1：雖然目前太赫茲技術(shù)主要用于科研領(lǐng)域，但是在工業(yè)領(lǐng)域具有應(yīng)用前景，并且已經(jīng)有成熟的技術(shù)成品推出上市了。比如基于太赫茲時域光譜技術(shù)的厚度測量功能，可以應(yīng)用于汽車的涂層測厚、風(fēng)電航天行業(yè)的保護(hù)涂層測厚。另外，基于太赫茲成像技術(shù)也有望應(yīng)用于食品藥品包裝檢測、腐蝕檢測等無損檢測領(lǐng)域。虹科提供面向汽車涂層、風(fēng)電航空航天船舶行業(yè)的涂層厚度與附著力檢測的太赫茲系統(tǒng)，目前大眾、西門子-歌美颯等國際大型公司都已經(jīng)有所應(yīng)用，具體可以查看我們官網(wǎng)的案例。由此可見，隨著技術(shù)的發(fā)展，會有更多太赫茲技術(shù)成品投入到工業(yè)市場中。

Q2

太赫茲有哪些探測方法？

A2：太赫茲的探測方法可以分為相干探測和直接探測。相干探測中有光電導(dǎo)采樣、電光采樣和外差探測。光電導(dǎo)采樣常用于太赫茲時域光譜儀中，基于光電導(dǎo)發(fā)射機(jī)理的逆過程，通過改變飛秒激光和太赫茲脈沖的時間延遲，可以得到整個太赫茲電場隨時間的變化情況。另外還有基于線性電光效應(yīng)的電光取樣測量技術(shù)，也是可以用于脈沖太赫茲的測量。直接探測主要基于光熱效應(yīng)，利用太赫茲波在光敏材料中產(chǎn)生的熱來進(jìn)行測量，可以實現(xiàn)超寬帶的太赫茲探測，也適合高頻探測。目前主要包括高萊室、熱釋電、輻射熱計、光熱電探測器四大類。虹科可以提供基于熱釋電效應(yīng)的太赫茲傳感器，可以探測0.1T-30THz的范圍，連接示波器或鎖相放大器進(jìn)行使用，最終可以獲得太赫茲波的一個功率數(shù)值。

Q3

虹科的太赫茲產(chǎn)品有沒有對腦組織成像的應(yīng)用？空間分辨率多少？

A3：目前在科研領(lǐng)域有利用太赫茲技術(shù)對腦膠質(zhì)瘤的腦組織進(jìn)行成像的研究，您可以搜索到一些研究文獻(xiàn)。不過目前虹科的產(chǎn)品在這方面還沒有具體的應(yīng)用案例，如果后期有新的案例可以及時分享。針對分辨率而言，目前虹科的實時成像系統(tǒng)最優(yōu)為250um，雷達(dá)的分辨率最優(yōu)為2mm，您可以根據(jù)自己的實際需求選擇合適的產(chǎn)品來實現(xiàn)太赫茲成像。

Q4

有沒有小型化的太赫茲源？

A4：針對太赫茲小型化的產(chǎn)品，目前國內(nèi)有一些公司正在研制小型化的太赫茲時域光譜儀，尺寸達(dá)到手掌大小，能實現(xiàn)便攜式使用。就太赫茲源而言，采用肖特基二極管倍頻器原理的太赫茲源尺寸會更加小巧，比如虹科的TeraSchottky亞太赫茲源尺寸為11cm x 13cm x 5.5cm，重量為800g。同樣基于倍頻器原理的亞太赫茲雷達(dá)尺寸為20cm x 25cm x 10cm, 重約3kg。小型化的太赫茲源更適配工業(yè)環(huán)境，可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求來選擇。隨著技術(shù)的突破，未來太赫茲源會朝著小型化、便攜式的方向發(fā)展。

Q5

太赫茲的實時成像系統(tǒng)與雷達(dá)都可以成像，有什么區(qū)別？

A5：首先，從產(chǎn)生太赫茲波的原理上，亞太赫茲雷達(dá)采用肖特基二極管技術(shù)倍頻，可選頻率少，處于亞太赫茲波段150GHz；TE-HV基于高性能量子級聯(lián)激光器，集成多個芯片，6頻率可選，處于太赫茲波段（2~5THz）。成像原理上，雷達(dá)信號的輸出輸入為同一根天線，將反射信號與原信號經(jīng)過混頻器混頻，再進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，獲得反射信號中的相位振幅信息，從而得到厚度、材料性質(zhì)等信息，建立3D坐標(biāo)，構(gòu)建每個點(diǎn)的深度Z下的XY平面信息，從而實現(xiàn)3D成像。TE-HV系統(tǒng)結(jié)合攝像鏡頭與焦平面陣列模組，擁有強(qiáng)大的太赫茲光電轉(zhuǎn)換器，可通過攝像與圖像處理實現(xiàn)實時動態(tài)3D重構(gòu)畫面，擁有高分辨率，可多角度3D透視成像。應(yīng)用方式上，雷達(dá)小巧緊湊，可方便集成于機(jī)械臂，適用多種工業(yè)場景，通過天線進(jìn)行信號收發(fā)，配合機(jī)械臂移動單點(diǎn)掃描提取每點(diǎn)的深度信息，從而實現(xiàn)樣品3D成像，無成像面積限制。TE-HV系統(tǒng)，太赫茲源與攝像鏡頭位置固定，樣品限制于中間的樣品架或旋轉(zhuǎn)臺中，可實時動態(tài)3D成像，成像面積受限于太赫茲照明區(qū)域，對環(huán)境有較高要求，更適用于科研平臺。

Q6

國內(nèi)太赫茲發(fā)展如何？有國產(chǎn)化的太赫茲產(chǎn)品嗎？

A6：太赫茲關(guān)鍵技術(shù)要求較高，如太赫茲波的產(chǎn)生技術(shù)上，如量子級聯(lián)激光器、飛秒激光器激發(fā)光電導(dǎo)天線、肖特基倍頻技術(shù)中的關(guān)鍵器件還依賴進(jìn)口。國內(nèi)太赫茲光學(xué)器件的發(fā)展，主要得益于產(chǎn)學(xué)研的結(jié)合，國內(nèi)公司布局太赫茲還需借助科研高校的力量。

近年的太赫茲方面的研究成果集中在各大研究所與國家實驗室，如：中國電科38所旗下的企業(yè)開發(fā)出太赫茲安檢系統(tǒng)。也有基于飛秒激光的太赫茲光譜儀的研究，比如中國科學(xué)院下屬的大恒光電有自研的太赫茲時域光譜儀和太赫茲近場掃描系統(tǒng)。總之，國內(nèi)起步晚，雖然有很多卡脖子技術(shù)暫未攻克，也還沒有已經(jīng)成熟應(yīng)用的太赫茲產(chǎn)品，但也取得了一些突破，太赫茲技術(shù)正在由研發(fā)向產(chǎn)業(yè)化方向轉(zhuǎn)變，并且國家也有對太赫茲技術(shù)應(yīng)用相關(guān)的鼓勵政策。

Q7

無損檢測中太赫茲功率多少合適？目前穿透力夠嗎？

A7：太赫茲在無損檢測應(yīng)用中，穿透能力與太赫茲的波段、功率、所測材料的種類有關(guān)。通常情況下，亞太赫茲波（<1THz）會比太赫茲波（>1THz）穿透性會更好，相應(yīng)的成像分辨率會略差一些。由于材料的種類、厚度均有差別，很難給出一個確定穿透的功率數(shù)值。在實際應(yīng)用中，我們需要對不同的材料做一個太赫茲前期測試，才可以判斷是否能夠達(dá)到該材料的無損檢測效果。

Q8000

測量海綿中水分濃度分布，精度如何？最大測厚范圍為多少？

A8：含水量的分布成像研究可以利用太赫茲實時成像系統(tǒng)與太赫茲雷達(dá)來實現(xiàn)，成像精度分別為250um與2mm。目前測厚功能可測的最大范圍可以到數(shù)十厘米，但是需要根據(jù)具體探測的材料來判定。

Q9

提供具有調(diào)制功能的太赫茲源嗎？

A9：虹科提供的TeraSchottky亞太赫茲源具有12%的可調(diào)頻寬度，通過軟件即可調(diào)節(jié)。另外軟件還提供完全可編程的頻率掃描、脈沖和 FM 調(diào)制。

100000000十

太赫茲在人機(jī)交互與醫(yī)療領(lǐng)域的具體應(yīng)用？

A10：就人機(jī)交互領(lǐng)域，太赫茲最大的潛力在于太赫茲通信應(yīng)用，國際預(yù)測太赫茲可能是6G或7G技術(shù)的關(guān)鍵?；谔掌澋拇髱挘?G或7G的時延將大大縮短，這意味著人機(jī)交互，或設(shè)備之間的交互反應(yīng)時間變得更短，機(jī)器可以在更短的時間里作出更敏捷的反應(yīng)與更大數(shù)據(jù)量的處理。該特點(diǎn)在無人駕駛領(lǐng)域、VR技術(shù)應(yīng)用等方面，都有廣大的應(yīng)用前景。此外，太赫茲成像技術(shù)由于具有對光照不敏感、計算復(fù)雜度低、具有穿透能力等優(yōu)點(diǎn)，對于人機(jī)交互過程中的手勢識別可以實現(xiàn)更加精確的指令傳達(dá)，這方面已有相關(guān)專利發(fā)表，相信不久的未來會有更多相關(guān)應(yīng)用面世。太赫茲醫(yī)療主要在皮膚病學(xué)的診斷方面有較好的應(yīng)用前景，因為太赫茲波可以穿透皮膚表層，檢測到肉眼觀察不到的皮膚病擴(kuò)散范圍，同時非電離輻射對人體沒有傷害。比如克羅馬大學(xué)的M. Ortolani利用虹科TeraSchottky亞太赫茲源制作的太赫茲顯微鏡，就可以用于皮膚病學(xué)的診斷。此外，利用正常組織與腫瘤組織含水量不同，在人體組織的醫(yī)學(xué)太赫茲光譜成像可以進(jìn)行早期診斷與鑒別，病變排查。

11

兩種聚乙烯合成制品，其中一層有碳粉、金屬顆粒等雜質(zhì)，能否清晰成像？

A11：太赫茲可以穿透聚乙烯材料，碳粉、金屬顆粒等雜質(zhì)也可以通過信號強(qiáng)度的不同來區(qū)分出來。但是需要明確聚乙烯的厚度，通過前期測試判斷是否可以完全穿透。另一個是需要明確雜質(zhì)的尺寸范圍，目前實時成像系統(tǒng)最優(yōu)分辨率為250um，雷達(dá)的分辨率為2mm，如果雜質(zhì)尺寸太小，成像效果是達(dá)不到預(yù)期的。

12

國內(nèi)華訊方舟、華太極光和同方威視目前和國外差距在哪里？

A12：這些都是國內(nèi)太赫茲自研的優(yōu)秀企業(yè)，技術(shù)實力非常不錯，差距要具體公司和產(chǎn)品分析；我們希望能夠有機(jī)會與更多公司建立聯(lián)系，互相交流。

13

請問目前薄膜測厚最薄能測多少，分辨率和精度呢？

A13：太赫茲雷達(dá)的測厚功能根據(jù)材料種類不同可測范圍從亞毫米到數(shù)十厘米，實際使用中需要根據(jù)具體材料的種類來測試判定。雷達(dá)的成像的分辨率為2mm，測厚的精度為5um。

14

工業(yè)用的設(shè)備成本價格大概在哪個量級？

A14：目前太赫茲產(chǎn)品在工業(yè)方面的成本依舊很高，未完全實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，還需要長期發(fā)展才能夠成熟應(yīng)用于工業(yè)。

15

設(shè)備是既能實現(xiàn)薄膜厚度測量，也可以實現(xiàn)比較厚的材料的損傷檢測成像嗎？

A15：太赫茲的穿透能力根據(jù)材料不同會有區(qū)別，可以實現(xiàn)薄膜的測厚與厚材料的內(nèi)部損傷成像，但是針對某一個材料的具體穿透厚度需要前期的測試才可以完全確定。

16

有些場景是不是用光譜儀或色譜儀也可以？

A16：常規(guī)光譜儀也能測厚，但是因為波段在可見光或紫外紅外，可穿透測厚的材料有限，色譜儀也被應(yīng)用于材料鑒別.而太赫茲雷達(dá)或太赫茲光譜儀技術(shù)因為處于太赫茲波段，具有穿透性強(qiáng)、頻譜覆蓋范圍寬（包含更多理化信息）、波譜分析能力優(yōu)、定向性好、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用的材料多。

17

太赫茲能不能穿透人體組織？彈性波與太赫茲波有什么區(qū)別？

A17：太赫茲不能穿透人體，但是對于較薄的離體活細(xì)胞去除一定水分后可以得到對比度較高的太赫茲圖像。在活體檢測中，由于大部分都處于水環(huán)境，太赫茲在水中傳播衰減很大，因此很難穿透有一定厚度的組織。目前針對數(shù)百微米的淺表組織成像，比如人體的燒傷部位、皮膚病學(xué)診斷等方面有所應(yīng)用。彈性波是應(yīng)力波的一種，擾動或外力作用引起的應(yīng)力和應(yīng)變在彈性介質(zhì)中傳遞的形式，彈性波必須依靠介質(zhì)才能傳播。某一質(zhì)點(diǎn)因受到擾動或外力的作用而離開平衡位置后，彈性恢復(fù)力使該質(zhì)點(diǎn)發(fā)生振動，從而引起周圍質(zhì)點(diǎn)的位移和振動，于是振動就在彈性介質(zhì)中傳播，本質(zhì)是機(jī)械振動引起。太赫茲波是電磁波，原理是交變電場與磁場的互相激發(fā)傳播，不依賴于介質(zhì)。