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(jià)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(shí)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(shí)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(shí)間延遲，可以得到整個(gè)太赫茲電場隨時(shí)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(shí)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(jì)、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(gè)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(shí)分享。針對分辨率而言，目前虹科的實(shí)時(shí)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(shí)際需求選擇合適的產(chǎn)品來實(shí)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(shí)域光譜儀，尺寸達(dá)到手掌大小，能實(shí)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(shí)時(shí)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(gè)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(gè)點(diǎn)的深度Z下的XY平面信息，從而實(shí)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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(shí)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(shí)時(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)域光譜儀和太赫茲近場掃描系統(tǒng)?？傊?，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(gè)確定穿透的功率數(shù)值。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要對不同的材料做一個(gè)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(shí)時(shí)成像系統(tǒng)與太赫茲雷達(dá)來實(shí)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。

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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(shí)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(shí)間變得更短，機(jī)器可以在更短的時(shí)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(jì)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(shí)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?yàn)樘掌澆梢源┩钙つw表層，檢測到肉眼觀察不到的皮膚病擴(kuò)散范圍，同時(shí)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(gè)是需要明確雜質(zhì)的尺寸范圍，目前實(shí)時(shí)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(shí)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(shí)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(jià)格大概在哪個(gè)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(shí)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(shí)現(xiàn)薄膜厚度測量，也可以實(shí)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(shí)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(gè)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?yàn)椴ǘ卧诳梢姽饣蜃贤?a href="http://wenjunhu.com/tags/紅外/" target="_blank">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?yàn)樘幱谔掌澆ǘ?，具有穿透性?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)。