近日出版的《四川日?qǐng)?bào)》以大版篇幅，報(bào)道了電子科技大學(xué)為推動(dòng)太赫茲研究進(jìn)展做出的努力和在太赫茲領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展。全文如下：

“那我們的大會(huì)就轉(zhuǎn)戰(zhàn)線上了吧？”8月9日，在成都沙河河畔中國(guó)科學(xué)院院士、“中國(guó)太赫茲之父”劉盛綱的家中，胡旻老師等待著老先生最后點(diǎn)頭。

作為紅外毫米波-太赫茲領(lǐng)域“奧運(yùn)”級(jí)別的學(xué)術(shù)盛會(huì)，第46屆國(guó)際紅外毫米波—太赫茲會(huì)議將于8月29日-9月3日在成都召開。受德爾塔毒株的影響，新冠疫情在國(guó)內(nèi)零星“反撲”，活動(dòng)只能轉(zhuǎn)戰(zhàn)線上。

“活動(dòng)效果可能會(huì)受影響，但這是沒(méi)辦法的事，相信科學(xué)終將戰(zhàn)勝病毒，每個(gè)科學(xué)人都要為之努力”，87歲的劉盛綱無(wú)奈說(shuō)道。

三年前，他以84歲高齡帶隊(duì)到日本“申奧”，以兩票的優(yōu)勢(shì)險(xiǎn)勝澳大利亞，為中國(guó)贏得了這場(chǎng)頂級(jí)國(guó)際會(huì)議的主辦權(quán)。

繼北京、上海和香港之后，成都成為會(huì)議在中國(guó)的第四站。它不僅讓國(guó)際社會(huì)更加了解中國(guó)太赫茲科研實(shí)力。

而支撐這場(chǎng)盛會(huì)落地成都的，就是劉盛綱及其帶領(lǐng)的電子科技大學(xué)太赫茲科學(xué)技術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

劉盛綱院士指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)工作

國(guó)內(nèi)太赫茲科學(xué)技術(shù)全部平臺(tái)都有它！

這里有中國(guó)太赫茲研究的“旗手”

在探訪實(shí)驗(yàn)室前，胡旻提議先見見實(shí)驗(yàn)室主任劉盛綱院士。87歲的老先生待人和善，總是面帶微笑，提到太赫茲，兩眼放光。

他和太赫茲的交集，已有31年。

太赫茲，是電磁波譜上最后的“處女地”。

電磁波是電場(chǎng)和磁場(chǎng)的一種周期性的震動(dòng)，跟其他的波一樣，它也是可以攜帶能量的。電磁波在生活中隨處可見，比如我們常用的手機(jī)通信就是利用微波，它也是電磁波譜中的一段。而可見光也是電磁波。

在電磁波譜上，與太赫茲波段相鄰的“兩兄弟”，一個(gè)是遙控器用的的紅外線，另一個(gè)就是微波爐里的微波。

太赫茲波比微波看東西更清楚；與可見光相比，又是“透視眼”；相較之X光，它更安全，不會(huì)破壞生物組織……具有傳輸速率高、容量大、方向性強(qiáng)、安全性高及穿透性好等諸多特性。

一秒鐘下載三部高清電影；機(jī)場(chǎng)安檢不再是繁瑣地挨個(gè)搜身檢查，成像系統(tǒng)只需一秒鐘就可以完成全身的掃描圖像，還可以直接判斷攜帶物品的成分……這些都可能通過(guò)太赫茲實(shí)現(xiàn)。它在物理、化學(xué)、生物、電子、通信、航天、國(guó)防等方面蘊(yùn)藏著巨大的應(yīng)用前景，被稱為“本世紀(jì)的又一場(chǎng)科技前沿革命”。

它就像交通擁擠的城市中一片未經(jīng)開發(fā)的處女地，能夠修建更快速、更多車道、更安全的高速路。

但是，因?yàn)樘掌澨幱诤暧^經(jīng)濟(jì)經(jīng)典理論向微觀量子理論的過(guò)渡區(qū)，處于電子學(xué)向光子學(xué)的過(guò)渡區(qū)。頻段上既不完全適合光學(xué)理論處理，也不完全適合微波理論研究，且不易得，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，太赫茲技術(shù)成了一個(gè)幾乎空白的技術(shù)領(lǐng)域。

1990年，時(shí)任電子科技大學(xué)校長(zhǎng)的劉盛綱應(yīng)邀到德國(guó)訪問(wèn)。身為物理電子學(xué)家的他注意到，漢堡-哈爾堡大學(xué)正在討論關(guān)于開展太赫茲的研究工作。此后，他又應(yīng)邀參加了即將在歐洲舉辦的第一屆太赫茲國(guó)際會(huì)議的籌備會(huì)。

劉盛綱意識(shí)到，太赫茲將是新一代產(chǎn)業(yè)的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)，中國(guó)人要在這一“真空地帶”有所建樹，在世界科技競(jìng)賽中占據(jù)制高點(diǎn)和主動(dòng)權(quán)！

回國(guó)后，劉盛綱便提出了在我國(guó)開展太赫茲研究的必要性和緊迫性。每每參加一些重要的學(xué)術(shù)會(huì)議，劉盛綱總是會(huì)不遺余力地向與會(huì)其他科學(xué)家介紹太赫茲技術(shù)的重要戰(zhàn)略意義。

2001年，卸任電子科技大學(xué)校長(zhǎng)后，68歲的劉盛綱親自建立一支小團(tuán)隊(duì)，在國(guó)內(nèi)率先開啟了太赫茲科學(xué)技術(shù)研究。

說(shuō)到這兒，劉盛綱從書房中拿出一本黃色封皮的小冊(cè)子。這是2005年第270次香山科技會(huì)議的報(bào)告，這次會(huì)議是我國(guó)太赫茲研究發(fā)展的里程碑。

當(dāng)年，國(guó)內(nèi)媒體報(bào)道了日本將太赫茲技術(shù)列為“國(guó)家支柱十大重點(diǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)”之首，舉全國(guó)之力進(jìn)行研發(fā)，引起了國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界和國(guó)家部委的高度重視。受國(guó)家委托，在劉盛綱的組織下，專家學(xué)者齊聚北京香山飯店，探討我國(guó)太赫茲科學(xué)技術(shù)發(fā)展方向。最后，大家一致認(rèn)為太赫茲既是科學(xué)技術(shù)前沿，又是國(guó)家重大需求。

在劉盛綱等10多位院士的倡導(dǎo)下，包括電子科大在內(nèi)的國(guó)內(nèi)多所大學(xué)和科研院所紛紛籌建起太赫茲研究中心（室），推動(dòng)了國(guó)內(nèi)太赫茲的研究走向縱深。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)已有近百個(gè)研究團(tuán)隊(duì)，研究方向與世界同步，掀起了太赫茲研究的高潮。

學(xué)界和媒體常把劉盛綱稱為“中國(guó)太赫茲之父”，他卻只愿意接受自己是中國(guó)太赫茲研究的旗手、先驅(qū)。

2006年，電子科技大學(xué)正式成立太赫茲研究中心，2010年底，太赫茲科學(xué)技術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室正式成立，2017年，太赫茲技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室獲批。如今，這里已經(jīng)建成了在太赫茲領(lǐng)域從基礎(chǔ)研究到材料、器件、系統(tǒng)的完整研究平臺(tái)。

基礎(chǔ)研究路上彎道超車

這里誕生太赫茲波產(chǎn)生的革命性思想

與劉盛綱家一河之隔，是電子科技大學(xué)沙河校區(qū)的逸夫樓。正是在這里，劉盛綱帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)作出了國(guó)際學(xué)術(shù)界公認(rèn)的原創(chuàng)性或奠基性成果，將電子科大在太赫茲領(lǐng)域的研究推向國(guó)際領(lǐng)先地位。

來(lái)到一樓的“太赫茲輻射源研究部”，這里科研儀器密布，價(jià)值數(shù)千萬(wàn)元。實(shí)驗(yàn)室正在籌備搬家，將遷往清水河校區(qū)，在那里擁有更大的面積。

實(shí)驗(yàn)室里，儀器發(fā)出嗡嗡的轟鳴聲，實(shí)驗(yàn)還在進(jìn)行?！斑@是超導(dǎo)磁場(chǎng)低溫壓縮機(jī)的聲音”，胡旻指向試驗(yàn)臺(tái)上的回旋管，太赫茲波就從中產(chǎn)生。

巧婦難為無(wú)米之炊。高功率、高效率的太赫茲輻射源是太赫茲研究、應(yīng)用的首要難題。而這正是該實(shí)驗(yàn)室攻克的重點(diǎn)之一。

電子科技大學(xué)太赫茲科學(xué)技術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)科研人員正在工作

來(lái)源就是這些看似普通輸水管道的太赫茲回旋管。2011年，這里曾誕生過(guò)國(guó)內(nèi)第一支太赫茲回旋振蕩管。

胡旻透露，目前實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的器件最高頻率達(dá)到0.7THz，功率達(dá)千瓦級(jí)。這是用電子學(xué)方法產(chǎn)生太赫茲頻段輸出功率最高的器件。

0.14THZ的兆瓦級(jí)高功率輸出也被用于中國(guó)“人造太陽(yáng)”?？煽睾司圩冃枰蟽|度的溫度。這么高的能量從哪兒來(lái)？這些回旋管就是其加熱裝置。

高功率、高效率太赫茲輻射源的獲得，源于誕生于此的“太赫茲波產(chǎn)生的革命性思想”。

產(chǎn)生太赫茲源的方法很多，我國(guó)在利用自由電子產(chǎn)生高頻率電磁波上有一定基礎(chǔ)。但機(jī)理上，當(dāng)這些真空電子器件在太赫茲頻段，又面臨著尺度效應(yīng)的限制。

電子科技大學(xué)太赫茲科學(xué)技術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的國(guó)內(nèi)首套太赫茲頻段近場(chǎng)顯微系統(tǒng)

他舉例，日常家用微波爐產(chǎn)生微波的器件是拳頭大小的電子管，其輸出頻率是2.45GHz（1GHz=109Hz）。如果要做2.45THz的器件，意味著其大小每個(gè)方向上都要小1000倍，研發(fā)和加工難于上青天。

2012年，劉盛綱在世界頂尖物理期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表論文，公開新發(fā)現(xiàn)，一種新型太赫茲輻射源橫空出世。

他發(fā)現(xiàn)了一種新的物理現(xiàn)象，提出了電子學(xué)與光子學(xué)相結(jié)合的太赫茲輻射新理論，即利用自由電子激發(fā)表面等離子體激元產(chǎn)生切倫科夫輻射，獲得英國(guó)《自然·物理》雜志的專版評(píng)論。

2014年，劉盛綱團(tuán)隊(duì)通過(guò)利用二維材料石墨烯的表面等離子體波，提出了覆蓋整個(gè)太赫茲頻段的新型輻射源。該結(jié)果突破了傳統(tǒng)真空電子學(xué)理論框架，產(chǎn)生強(qiáng)太赫茲輻射；實(shí)現(xiàn)百瓦量級(jí)輸出功率，比現(xiàn)有器件高3個(gè)量級(jí)。

這大大推動(dòng)了太赫茲發(fā)展，使國(guó)際太赫茲研究向前邁進(jìn)了一大步。

想象空間被打開

我們離太赫茲應(yīng)用還有多遠(yuǎn)？

和量子科技、石墨烯技術(shù)有著類似的遭遇。當(dāng)太赫茲還處在實(shí)驗(yàn)室研究逐步向商業(yè)化轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，太赫茲床、太赫茲手鏈、太赫茲能量鞋、太赫茲理療儀……就充斥著各類購(gòu)物網(wǎng)站。

胡旻給母親這樣科普，“凡是你買得起的，都不是正經(jīng)太赫茲產(chǎn)品?！碧掌潙?yīng)用研發(fā)大多處于開發(fā)階段，相關(guān)儀器設(shè)備動(dòng)輒數(shù)十萬(wàn)元，還未進(jìn)入大眾消費(fèi)市場(chǎng)。

但在學(xué)術(shù)界，太赫茲和許多領(lǐng)域結(jié)合誕生的成果，常常沖上頭條。2019年，天文學(xué)家就用太赫茲探測(cè)器，“拍”到了酷似甜甜圈的黑洞。

除了基礎(chǔ)研究和器件研發(fā)，實(shí)驗(yàn)室也致力于應(yīng)用場(chǎng)景開發(fā)。

由于很多生物大分子，例如蛋白質(zhì)等，在太赫茲具有諧振相應(yīng)，太赫茲波在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用潛力。但是，目前太赫茲波長(zhǎng)比可見光高3個(gè)數(shù)量級(jí)，因此太赫茲成像具有很大的限制。“為了突破太赫茲衍射極限，我們做了很多工作”，胡旻介紹到。目前，基于原子力顯微鏡的太赫茲近場(chǎng)技術(shù)可以達(dá)到20nm的分辨率，“可以用太赫茲看到病毒、細(xì)菌。我們用自主研發(fā)的大功率源，實(shí)現(xiàn)比德國(guó)500萬(wàn)儀器更好的成像效果?！?

該實(shí)驗(yàn)室利用太赫茲波驅(qū)動(dòng)，研制太赫茲動(dòng)態(tài)核極化-核磁共振（DNP-NMR）系統(tǒng)，將現(xiàn)有的磁共振的分辨率提高兩個(gè)量級(jí)，在物理、化學(xué)、材料、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

太赫茲波有極強(qiáng)的穿透性，對(duì)不透明物體能完成透視成像。實(shí)驗(yàn)室有小組正用太赫茲波進(jìn)行中草藥的定性定量研究。

在口腔疾病診斷上，該實(shí)驗(yàn)室與四川大學(xué)華西醫(yī)院合作，正開發(fā)太赫茲口腔脫礦檢測(cè)儀器。無(wú)須拔牙，通過(guò)太赫茲無(wú)損檢測(cè)，檢測(cè)早期齲齒、以及檢測(cè)牙齒齲壞的深度。

最受關(guān)注的還有太赫茲通信領(lǐng)域。理論上來(lái)講，頻率越高，允許分配的帶寬范圍越大，單位時(shí)間內(nèi)所能傳遞的數(shù)據(jù)量就越大。

太赫茲波的頻率比目前使用的微波要高1～4個(gè)數(shù)量級(jí)，它能提供每秒100Gbit以上的無(wú)線傳輸速率，這是微波無(wú)法達(dá)到的高度。

2011年，在劉盛綱的推動(dòng)下，電子科技大學(xué)牽頭了863計(jì)劃主題項(xiàng)目“毫米波與太赫茲無(wú)線通信技術(shù)開發(fā)”正式啟動(dòng)。這是電子科技大學(xué)第一個(gè)上億元的科研項(xiàng)目。

在該項(xiàng)目支持下，該實(shí)驗(yàn)室成功研制出我國(guó)首臺(tái)基于光電結(jié)合的0.1太赫茲高速無(wú)線通信系統(tǒng)，通信速率都達(dá)到10Gbps；研制出我國(guó)首臺(tái)220GHz頻段的基于全電子學(xué)的太赫茲高速無(wú)線通信系統(tǒng)。

當(dāng)前，美國(guó)、歐盟、日本等國(guó)都在加速發(fā)展面向6G 的太赫茲通信技術(shù)。有人認(rèn)為，太赫茲技術(shù)將成為未來(lái)6G通信的基礎(chǔ)，人類有望進(jìn)入太赫茲通信時(shí)代。

但是，太赫茲也有先天的短板，它大氣衰減嚴(yán)重，意味著如果使用太赫茲通信的話通信距離不可能太遠(yuǎn)。太赫茲通信可能會(huì)應(yīng)用在短距離甚至超短距離通信上。

電子科大通信抗干擾技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、電子科大太赫茲通信技術(shù)研究開創(chuàng)者李少謙教授表示，太赫茲通信技術(shù)現(xiàn)階段是6G潛在的、非常重要的備選技術(shù)之一，有可能用于6G地面大容量信息的傳輸。

太赫茲通信另一個(gè)可能的場(chǎng)景是太空環(huán)境中的通信——在太空中，太赫茲的傳輸損耗大大小于城市環(huán)境中，因此太空中衛(wèi)星間使用太赫茲技術(shù)進(jìn)行高數(shù)據(jù)率互聯(lián)也是有不少人探索的領(lǐng)域。

曾經(jīng)，毫米波經(jīng)過(guò)了五六十年的發(fā)展，才找到切入點(diǎn)和獨(dú)特價(jià)值。太赫茲發(fā)展至今不過(guò)20余年的光景，在當(dāng)下激光、紅外、毫米波等技術(shù)正當(dāng)紅，不太可能出手就找到立足點(diǎn)。

業(yè)內(nèi)認(rèn)識(shí)認(rèn)為，對(duì)太赫茲而言，一邊發(fā)展新材料、新工藝、新技術(shù)；一邊靜待時(shí)代發(fā)展帶來(lái)的新需求。

如今，像胡旻一樣，當(dāng)年劉盛綱培養(yǎng)的很多年輕人已經(jīng)成長(zhǎng)起來(lái)，逐漸接過(guò)劉盛綱的衣缽，扛起太赫茲技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的大旗。實(shí)驗(yàn)室也逐步發(fā)展壯大到200余人的規(guī)模，才俊輩出。

川觀新聞?dòng)浾吆秃鷷F行走在校園中，一輛自行車從身邊掠過(guò)。“這是我的博士生”，胡旻說(shuō)，他剛剛攻克了首套國(guó)產(chǎn)化的太赫茲頻段近場(chǎng)顯微系統(tǒng)，利用太赫茲我們能看到更小的物體。