【技术背景】

在电磁波谱中，毫米波频段为30-300 GHz，太赫兹频段为0.1-10 THz。相比6 GHz以下的"黄金通信频段"已日趋拥挤，毫米波和太赫兹仍蕴含海量未开发频谱资源，成为5G乃至6G研究的热点领域。

【毫米波技术进展】

芯片方面，GaAs和InP工艺截止频率已超过500 GHz，最大振荡频率超过1 THz。GaN功率器件在W波段功率密度超过2 W/mm，输出功率是GaAs的5倍以上。硅基CMOS工艺凭借低成本、高集成度优势，工作频率已突破200 GHz，甚至实现了520 GHz的SiGe振荡器。

应用层面，毫米波在三大领域崭露头角：

? 通信：5G已确定多个毫米波候选频段(24-86 GHz)，60 GHz短距通信标准已成熟，45 GHz频段可实现百米级Gbps传输

? 成像：毫米波安检系统已应用于机场，可穿透衣物检测隐蔽物体

? 雷达：77 GHz汽车防撞雷达是自动驾驶核心技术，W波段云雷达可精准探测降水云内部参数

【太赫兹技术突破】

太赫兹源是技术瓶颈，目前已有多种实现路径：光导天线、光整流、空气等离子体、量子级联激光器(QCL)、自由电子激光器等。其中QCL结构紧凑，已在天体物理、空间通信等领域展现应用价值。

检测技术分为非相干检测和相干检测。超导隧道结(SIS)混频器工作频率可达1-2 THz，国内紫金山天文台已研制出500-800 GHz超导混频器并应用于射电天文探测。

【典型应用场景】

? 射电天文：探测宇宙背景辐射，研究星际分子云和新生星系形成

? 无损检测：穿透介电材料检测隐藏缺陷，用于航天器、半导体器件检测

? 生物医学：太赫兹波对人体无害，可检测皮肤癌、乳腺癌，测定DNA束缚状态

? 安全安检：穿透性可检测隐蔽爆炸物、枪支，实现快速安检

? 超高速通信：太赫兹带宽可达100 Gbps以上，是未来超高速无线通信的重要方向

【未来研究方向】

毫米波领域需重点突破：大功率固态源、高功率电真空器件、III/V族和硅基集成电路、测量仪器国产化、应用系统创新。

太赫兹领域需攻克：低成本大功率源、大规模检测阵列、固态器件与集成电路、新材料与无源元件、超高速通信系统、测量仪器研发。

【结语】

毫米波与太赫兹技术是一个快速发展的交叉学科，具有极其重要的科研学术价值和工业应用前景。随着芯片技术进步和成本下降，这片电磁波谱的"蓝海"将加速从军事走向民用，深刻改变通信、感知、检测等众多领域。

来源：洪伟、余超、陈继新、郝张成，《毫米波与太赫兹技术》，《中国科学：信息科学》，2016年第46卷第8期