毫米波成為第5代移動通信的研究熱點

隨著通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前頻率在6 GHz 以下的黃金通信頻段，已經(jīng)很難得到較寬的連續(xù)頻譜，嚴(yán)重制約了通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

比之下,毫米波頻段卻仍有大量潛在的未被充分利用的頻譜資源。因此，毫米波成為第5 代移動通信的研究熱點。

相對于微波頻段，毫米波有其自身的特點。首先，毫米波具有更短的工作波長，可以有效減小器件及系統(tǒng)的尺寸；其次，毫米波有著豐富的頻譜資源,可以勝任未來超高速通信的需求。此外，由于波長短，毫米波用在雷達(dá)、成像等方面有著更高的分辨率。

太赫茲研究主要集中在0.1-10 THz 頻段，這是一個覆蓋很廣泛并且很特殊的一個頻譜區(qū)域.其低頻段與電子學(xué)領(lǐng)域的毫米波頻段有重疊，高頻段與光學(xué)領(lǐng)域的遠(yuǎn)紅外頻段(波長0.03-1.0 mm) 有重疊。

起初，這一頻段被稱為“THz Gap (太赫茲鴻溝)”，原因是這一頻段夾在兩個發(fā)展相對成熟的頻,即電子學(xué)頻譜和光學(xué)頻譜之間。

因此，包括中國在內(nèi)的通信領(lǐng)域都開始著力研發(fā)毫米波和太赫茲技術(shù)，希望可以率先獲得突破。

到目前為止，人們對毫米波已開展了大量的研究，各種毫米波系統(tǒng)已得到廣泛的應(yīng)用。隨著第5 代移動通信、汽車自動駕駛、安檢等民用技術(shù)的快速發(fā)展，毫米波將被廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷妗?/p>

如今，以電子科技大學(xué)、東南大學(xué)、航天科工二院、首都師范大學(xué)等一大批高校院所，積極布局毫米波和太赫茲相關(guān)技術(shù)、器件和系統(tǒng)的研究，希望可以在這一嶄新的領(lǐng)域為中國爭得自主可控的一席之地。

太赫茲科學(xué)綜合了電子學(xué)與光子學(xué)的特色，是典型的交叉前沿科學(xué)領(lǐng)域，該領(lǐng)域蘊(yùn)含著原創(chuàng)性重大機(jī)理和方法并亟待突破，具有重大的科學(xué)意義，必須凝聚整合全國的優(yōu)勢力量，才能助推我國太赫茲研究持續(xù)、健康發(fā)展。

最為典型事件是，2012年太赫茲協(xié)同創(chuàng)新中心的成立，標(biāo)志著中國開始成體系地開展相關(guān)科研協(xié)同工作。

該創(chuàng)新中心由電子科技大學(xué)牽頭號，集成了包括北京大學(xué)、南開大學(xué)、天津大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、首都師范大學(xué)、東南大學(xué)、浙江大學(xué)、中山大學(xué)、湖南大學(xué)、四川大學(xué)、華中科技大學(xué)、西安理工大學(xué)、香港城市大學(xué)、中科院物理所、中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、中科院電子學(xué)研究所、中科院半導(dǎo)體研究所，以及美國麻省理工學(xué)院、加州理工學(xué)院、加州大學(xué)戴維斯分校、英國皇后大學(xué)和埃塞克斯大學(xué)、德國洪堡大學(xué)、德國國家技術(shù)物理研究所、俄羅斯科學(xué)院應(yīng)用物理所、列別捷夫研究所和日本大阪大學(xué)等國外研究機(jī)構(gòu)。

太赫茲科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心設(shè)立理事會、學(xué)術(shù)委員會、管理咨詢委員會，并下設(shè)三個研究方向。

在協(xié)同中心的組織和協(xié)調(diào)下，相關(guān)成員機(jī)構(gòu)取得了非常令人矚目的成果。

2018年5月，太赫茲科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心成員、上海理工大學(xué)光電學(xué)院莊松林院士領(lǐng)導(dǎo)的太赫茲研究團(tuán)隊的陳麟教授和朱亦鳴教授，美國俄克拉荷馬州立大學(xué)張偉力教授，和東南大學(xué)崔鐵軍教授合作發(fā)表的研究成果“Defect-Induced Fano Resonances in Corrugated Plasmonic Metamaterials”，被Advanced Optical Materials期刊選為2017年發(fā)表的最佳論文（Highlight as best of Advanced Optical Materials）。

該論文通過在周期結(jié)構(gòu)金屬粒子中巧妙引入缺陷，實現(xiàn)了高Q值的多極子Fano效應(yīng)的激發(fā)，其FoM(Fano強(qiáng)度與Q值的乘積)是普通的分裂環(huán)微腔結(jié)構(gòu)(SRR)的2.5倍。利用這種人工粒子，不僅可以探測附著在人工原子表面的薄膜(物質(zhì))的光學(xué)特性，還可以通過將原子的Fano振蕩頻率設(shè)計在接近物質(zhì)吸收峰的臨近位置來探測樣品的性質(zhì)以及監(jiān)控分解物層的降解特性和固體(液體化合物)的動態(tài)化學(xué)反應(yīng)過程；此外，通過結(jié)構(gòu)化的表面與特異性噬菌體結(jié)合，可以實現(xiàn)細(xì)菌的選擇性檢測，從而實現(xiàn)細(xì)菌病原體的高效無標(biāo)記檢測。