太赫兹技术与产品在空间探测中的应用与前景分析

摘要

太赫兹(terahertz-THz)波指波长在0.03～1.5mm之间,频率在0.2～10THz之间的微波,与光学红外相比具有较好的穿透性,与普通微波相比具有分辨率高,设备体积可以做得更小的优势,因此目前在地面的机场、码头、车站等公共安保等方面国外已得到了较好的应用,在空间应用方面,欧美及前苏联共计已有20多颗卫星上搭载太赫兹设备,但国内仍然是空白.本文针对太赫兹性质及特点、产品实现的技术难点进行了论述.从材料、元器件、测量等基础方面对太赫兹信号源、接收技术的发展水平进行了分析,以欧洲Planck卫星为例分析比较了国内外差距,提出了在空间上的应用领域,主要为气象的大气温度、湿度的垂直分布的测量(183～450GHz,可对区域中大降雨实现高精度实时预报)、大气成分监测(氧487GHz、碳492GHz、一氧化碳551GHz)、空间宇宙背景的微波辐射测量(用来探测宇宙大爆炸的遗迹,从而研究宇宙起源,宽谱,最高可到3THz),围绕这三个应用领域,根据国内的技术水平与研发情况,提出了国内应首先以低端的650GHz以下太赫兹的接收系统为重点解决方向,包括太赫兹信号源、天线与通道电路的高精度加工技术、辐射特性测量技术、高灵敏度低温外差式接收技术、CMOS阵面接收技术、InP HEMT的MMIC放大芯片技术、超低温致冷(～10K)技术等,在大口径天线、高灵敏度接收等在650GHz谱段范围国内有可能在20年内赶上或接近国际先进水平,以这些技术为基础,研制空间用的太赫兹无源探测系统(辐射计、光谱仪等),达到具备上正式空间项目的基础,最后根据系统的组成给出了国内空间用太赫兹产品类型表、技术发展路线规划图.