近日出版的《四川日報》以大版篇幅，報道了電子科技大學為推動太赫茲研究進展做出的努力和在太赫茲領域的最新研究進展。全文如下：

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

作為紅外毫米波-太赫茲領域“奧運”級別的學術(shù)盛會，第46屆國際紅外毫米波—太赫茲會議將于8月29日-9月3日在成都召開。受德爾塔毒株的影響，新冠疫情在國內(nèi)零星“反撲”，活動只能轉(zhuǎn)戰(zhàn)線上。

“活動效果可能會受影響，但這是沒辦法的事，相信科學終將戰(zhàn)勝病毒，每個科學人都要為之努力”，87歲的劉盛綱無奈說道。

三年前，他以84歲高齡帶隊到日本“申奧”，以兩票的優(yōu)勢險勝澳大利亞，為中國贏得了這場頂級國際會議的主辦權(quán)。

繼北京、上海和香港之后，成都成為會議在中國的第四站。它不僅讓國際社會更加了解中國太赫茲科研實力。

而支撐這場盛會落地成都的，就是劉盛綱及其帶領的電子科技大學太赫茲科學技術(shù)四川省重點實驗室。

劉盛綱院士指導團隊工作

國內(nèi)太赫茲科學技術(shù)全部平臺都有它！

這里有中國太赫茲研究的“旗手”

在探訪實驗室前，胡旻提議先見見實驗室主任劉盛綱院士。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”。

電磁波是電場和磁場的一種周期性的震動，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”，一個是遙控器用的的紅外線，另一個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，不會破壞生物組織……具有傳輸速率高、容量大、方向性強、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；機場安檢不再是繁瑣地挨個搜身檢查，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……這些都可能通過太赫茲實現(xiàn)。它在物理、化學、生物、電子、通信、航天、國防等方面蘊藏著巨大的應用前景，被稱為“本世紀的又一場科技前沿革命”。

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，因為太赫茲處于宏觀經(jīng)濟經(jīng)典理論向微觀量子理論的過渡區(qū)，處于電子學向光子學的過渡區(qū)。頻段上既不完全適合光學理論處理，也不完全適合微波理論研究，且不易得，在相當長的一段時間內(nèi)，太赫茲技術(shù)成了一個幾乎空白的技術(shù)領域。

1990年，時任電子科技大學校長的劉盛綱應邀到德國訪問。身為物理電子學家的他注意到，漢堡-哈爾堡大學正在討論關于開展太赫茲的研究工作。此后，他又應邀參加了即將在歐洲舉辦的第一屆太赫茲國際會議的籌備會。

劉盛綱意識到，太赫茲將是新一代產(chǎn)業(yè)的科學技術(shù)基礎，中國人要在這一“真空地帶”有所建樹，在世界科技競賽中占據(jù)制高點和主動權(quán)！

回國后，劉盛綱便提出了在我國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術(shù)會議，劉盛綱總是會不遺余力地向與會其他科學家介紹太赫茲技術(shù)的重要戰(zhàn)略意義。

2001年，卸任電子科技大學校長后，68歲的劉盛綱親自建立一支小團隊，在國內(nèi)率先開啟了太赫茲科學技術(shù)研究。

說到這兒，劉盛綱從書房中拿出一本黃色封皮的小冊子。這是2005年第270次香山科技會議的報告，這次會議是我國太赫茲研究發(fā)展的里程碑。

當年，國內(nèi)媒體報道了日本將太赫茲技術(shù)列為“國家支柱十大重點戰(zhàn)略目標”之首，舉全國之力進行研發(fā)，引起了國內(nèi)學術(shù)界和國家部委的高度重視。受國家委托，在劉盛綱的組織下，專家學者齊聚北京香山飯店，探討我國太赫茲科學技術(shù)發(fā)展方向。最后，大家一致認為太赫茲既是科學技術(shù)前沿，又是國家重大需求。

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

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

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

基礎研究路上彎道超車

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，是電子科技大學沙河校區(qū)的逸夫樓。正是在這里，劉盛綱帶領團隊作出了國際學術(shù)界公認的原創(chuàng)性或奠基性成果，將電子科大在太赫茲領域的研究推向國際領先地位。

來到一樓的“太赫茲輻射源研究部”，這里科研儀器密布，價值數(shù)千萬元。實驗室正在籌備搬家，將遷往清水河校區(qū)，在那里擁有更大的面積。

實驗室里，儀器發(fā)出嗡嗡的轟鳴聲，實驗還在進行。“這是超導磁場低溫壓縮機的聲音”，胡旻指向試驗臺上的回旋管，太赫茲波就從中產(chǎn)生。

巧婦難為無米之炊。高功率、高效率的太赫茲輻射源是太赫茲研究、應用的首要難題。而這正是該實驗室攻克的重點之一。

電子科技大學太赫茲科學技術(shù)四川省重點實驗室內(nèi)科研人員正在工作

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

胡旻透露，目前實驗室研發(fā)的器件最高頻率達到0.7THz，功率達千瓦級。這是用電子學方法產(chǎn)生太赫茲頻段輸出功率最高的器件。

0.14THZ的兆瓦級高功率輸出也被用于中國“人造太陽”?？煽睾司圩冃枰蟽|度的溫度。這么高的能量從哪兒來？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，我國在利用自由電子產(chǎn)生高頻率電磁波上有一定基礎。但機理上，當這些真空電子器件在太赫茲頻段，又面臨著尺度效應的限制。

電子科技大學太赫茲科學技術(shù)四川省重點實驗室內(nèi)的國內(nèi)首套太赫茲頻段近場顯微系統(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《物理評論快報》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，提出了電子學與光子學相結(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《自然·物理》雜志的專版評論。

2014年，劉盛綱團隊通過利用二維材料石墨烯的表面等離子體波，提出了覆蓋整個太赫茲頻段的新型輻射源。該結(jié)果突破了傳統(tǒng)真空電子學理論框架，產(chǎn)生強太赫茲輻射；實現(xiàn)百瓦量級輸出功率，比現(xiàn)有器件高3個量級。

這大大推動了太赫茲發(fā)展，使國際太赫茲研究向前邁進了一大步。

想象空間被打開

我們離太赫茲應用還有多遠？

和量子科技、石墨烯技術(shù)有著類似的遭遇。當太赫茲還處在實驗室研究逐步向商業(yè)化轉(zhuǎn)化的過程中，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。”太赫茲應用研發(fā)大多處于開發(fā)階段，相關儀器設備動輒數(shù)十萬元，還未進入大眾消費市場。

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

除了基礎研究和器件研發(fā)，實驗室也致力于應用場景開發(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，太赫茲波在生物醫(yī)學領域具有較大的應用潛力。但是，目前太赫茲波長比可見光高3個數(shù)量級，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技術(shù)可以達到20nm的分辨率，“可以用太赫茲看到病毒、細菌。我們用自主研發(fā)的大功率源，實現(xiàn)比德國500萬儀器更好的成像效果?！?

該實驗室利用太赫茲波驅(qū)動，研制太赫茲動態(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量級，在物理、化學、材料、生物醫(yī)學領域有廣泛的應用。

太赫茲波有極強的穿透性，對不透明物體能完成透視成像。實驗室有小組正用太赫茲波進行中草藥的定性定量研究。

在口腔疾病診斷上，該實驗室與四川大學華西醫(yī)院合作，正開發(fā)太赫茲口腔脫礦檢測儀器。無須拔牙，通過太赫茲無損檢測，檢測早期齲齒、以及檢測牙齒齲壞的深度。

最受關注的還有太赫茲通信領域。理論上來講，頻率越高，允許分配的帶寬范圍越大，單位時間內(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個數(shù)量級，它能提供每秒100Gbit以上的無線傳輸速率，這是微波無法達到的高度。

2011年，在劉盛綱的推動下，電子科技大學牽頭了863計劃主題項目“毫米波與太赫茲無線通信技術(shù)開發(fā)”正式啟動。這是電子科技大學第一個上億元的科研項目。

在該項目支持下，該實驗室成功研制出我國首臺基于光電結(jié)合的0.1太赫茲高速無線通信系統(tǒng)，通信速率都達到10Gbps；研制出我國首臺220GHz頻段的基于全電子學的太赫茲高速無線通信系統(tǒng)。

當前，美國、歐盟、日本等國都在加速發(fā)展面向6G 的太赫茲通信技術(shù)。有人認為，太赫茲技術(shù)將成為未來6G通信的基礎，人類有望進入太赫茲通信時代。

但是，太赫茲也有先天的短板，它大氣衰減嚴重，意味著如果使用太赫茲通信的話通信距離不可能太遠。太赫茲通信可能會應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)國家級重點實驗室主任、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。

太赫茲通信另一個可能的場景是太空環(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)進行高數(shù)據(jù)率互聯(lián)也是有不少人探索的領域。

曾經(jīng)，毫米波經(jīng)過了五六十年的發(fā)展，才找到切入點和獨特價值。太赫茲發(fā)展至今不過20余年的光景，在當下激光、紅外、毫米波等技術(shù)正當紅，不太可能出手就找到立足點。

業(yè)內(nèi)認識認為，對太赫茲而言，一邊發(fā)展新材料、新工藝、新技術(shù)；一邊靜待時代發(fā)展帶來的新需求。

如今，像胡旻一樣，當年劉盛綱培養(yǎng)的很多年輕人已經(jīng)成長起來，逐漸接過劉盛綱的衣缽，扛起太赫茲技術(shù)發(fā)展與應用的大旗。實驗室也逐步發(fā)展壯大到200余人的規(guī)模，才俊輩出。

川觀新聞記者和胡旻行走在校園中，一輛自行車從身邊掠過?！斑@是我的博士生”，胡旻說，他剛剛攻克了首套國產(chǎn)化的太赫茲頻段近場顯微系統(tǒng)，利用太赫茲我們能看到更小的物體。