這項(xiàng)技術(shù)比5G還要快十倍

 研究人員已經(jīng)研發(fā)出一種太赫茲(THz)發(fā)射器，該發(fā)射器的數(shù)據(jù)傳輸速度要比5G至少快10倍，而該技術(shù)有望在2020年實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

為期五天的2017國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議(ISSCC)將于2月5號(hào)到9號(hào)在加利福尼亞州的舊金山舉行，根據(jù)安排，太赫茲發(fā)射器將會(huì)在這次電路會(huì)議上被展示，這種傳送機(jī)能夠?qū)⒁粋€(gè)DVD上的全部?jī)?nèi)容瞬間發(fā)送完畢。

(編者注：太赫茲頻率是一種新的巨大頻率資源，有望在未來(lái)應(yīng)用于超高速無(wú)線通信。)

Minoru Fujishima是日本廣島大學(xué)的教授，也是太赫茲研究者之一。他說(shuō)：“太赫茲也能與衛(wèi)星進(jìn)行超高速連接，而與衛(wèi)星的連接，只能通過(guò)無(wú)線。這也有好處，比如，它極大地促進(jìn)了動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接的發(fā)展。其它可能的應(yīng)用包括快速將資源下載到移動(dòng)設(shè)備，基站之間實(shí)現(xiàn)超快速無(wú)線連接。”

據(jù)了解，該研究小組研發(fā)的是一款頻率在290GHz到315GHz的發(fā)射器，能夠?qū)崿F(xiàn)105Gbps的通信速度。

雖然這個(gè)范圍的頻段現(xiàn)在還沒(méi)有被分配，但值得注意的是它處于275GHz到450GHz范圍內(nèi)，該頻段將在國(guó)際電信聯(lián)盟無(wú)線電通信部門組織的2019世界無(wú)線電大會(huì)上進(jìn)行討論。

雷鋒網(wǎng)還了解到，去年該研發(fā)小組就曾向大家展示了通過(guò)使用正交調(diào)幅(QAM)大幅提高300GHz頻率的無(wú)線連接速度的研究成果。今年，他們展示的是更快的發(fā)射器，單個(gè)通道數(shù)據(jù)速率比之前快六倍。作為集成電路發(fā)射器，它首次實(shí)現(xiàn)單個(gè)通道速率超過(guò)100Gbps.

“今年我們新研發(fā)的發(fā)射器，傳送功率比之前的要高十倍。這使得300GHz的單個(gè)通道數(shù)據(jù)速率超過(guò)100Gbit/s成為可能。”Fujishima如此表示。

他還說(shuō)道：“我們通常討論兆位每秒或吉比特每秒的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸速率，但是現(xiàn)在我們正接近利用簡(jiǎn)單的單一通信通道實(shí)現(xiàn)太比特每秒的傳輸速率。”

接下來(lái)，廣島大學(xué)、日本國(guó)家信息與通信研究所以及松下電器的研究小組計(jì)劃進(jìn)一步研發(fā)300GHz的超高速無(wú)線電路。

太赫茲的歷史

早期太赫茲在不同的領(lǐng)域有不同的名稱，在光學(xué)領(lǐng)域被稱為遠(yuǎn)紅外，而在電子學(xué)領(lǐng)域，則稱其為亞毫米波、超微波等。在20世紀(jì)80年代中期之前，太赫茲波段兩側(cè)的紅外和微波技術(shù)發(fā)展相對(duì)比較成熟，但是人們對(duì)太赫茲波段的認(rèn)識(shí)仍然非常有限，形成了所謂的“THz　Gap”。

2004年，美國(guó)政府將THz科技評(píng)為“改變未來(lái)世界的十大技術(shù)”之一，而日本于2005年1月8日更是將THz技術(shù)列為“國(guó)家支柱十大重點(diǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)”之首，舉全國(guó)之力進(jìn)行研發(fā)。

我國(guó)政府在2005年11月專門召開(kāi)了“香山科技會(huì)議”，邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)多位在THz研究領(lǐng)域有影響的院士專門討論我國(guó)THz事業(yè)的發(fā)展方向，并制定了我國(guó)THz技術(shù)的發(fā)展規(guī)劃。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有多家研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展太赫茲領(lǐng)域的相關(guān)研究，其中首都師范大學(xué)，是入手較早，投入較大的一家，并且在毒品和炸藥太赫茲光譜、成像和識(shí)別方面，利用太赫茲對(duì)非極性航天材料內(nèi)部缺陷進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)方面做出了許多開(kāi)拓性的工作，同時(shí)由于太赫茲射線在安全檢查方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，首都師范大學(xué)太赫茲實(shí)驗(yàn)室正集中力量研發(fā)能夠用于實(shí)景測(cè)試的安檢原型設(shè)備。另外，美國(guó)、歐洲、亞洲、澳大利亞等許多國(guó)家和地區(qū)政府、機(jī)構(gòu)、企業(yè)、大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)紛紛投入到THz的研發(fā)熱潮之中。THz研究領(lǐng)域的開(kāi)拓者之一，美國(guó)著名學(xué)者張希成博士稱：“Next ray，T-Ray !

特點(diǎn)

人們關(guān)注THz技術(shù)的原因是THz射線普遍存在，是人們認(rèn)識(shí)自然界的有效線索和工具。但是相對(duì)于其他波段的電磁波比如紅外和微波，對(duì)它的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用非常匱乏。其次，THz射線有它自身的特點(diǎn)。

THz 脈沖的典型脈寬在皮秒量級(jí)，不但可以方便地進(jìn)行時(shí)間分辨的研究，而且通過(guò)取樣測(cè)量技術(shù)，能夠有效地抑制遠(yuǎn)紅外背景噪聲的干擾。目前，脈沖THz 輻射通常只有較低的THz 射線平均功率，但是由于THz 脈沖有很高的峰值功率，并且采用相干探測(cè)技術(shù)獲得的是THz 脈沖的實(shí)時(shí)功率而不是平均功率，因此有很高的信噪比。目前，在時(shí)域光譜系統(tǒng)中的信噪比可達(dá)10^5或更高。

THz 脈沖源通常只包含若干個(gè)周期的電磁振蕩，單個(gè)脈沖的頻帶可以覆蓋從GHz 直至幾十THz 的范圍，許多生物大分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)，電介質(zhì)、半導(dǎo)體材料、超導(dǎo)材料、薄膜材料等的聲子振動(dòng)能級(jí)落在THz 波段范圍。因此THz 時(shí)域光譜技術(shù)作為探測(cè)材料在THz 波段信息的一種有效的手段，非常適合于測(cè)量材料吸收光譜，可用于進(jìn)行定性鑒別的工作。

THz 光子的能量低，頻率為1THz的光子能量只有約4毫電子伏特，因此不容易破壞被檢測(cè)物質(zhì)。

許多的非金屬非極性材料對(duì)THz 射線的吸收較小，因此結(jié)合相應(yīng)的技術(shù)，使得探測(cè)材料內(nèi)部信息成為可能。例如，陶瓷，硬紙板，塑料制品，泡沫等對(duì)THz 電磁輻射是透明的，因此THz 技術(shù)可以作為x射線的非電離和相干的互補(bǔ)輻射源，用于機(jī)場(chǎng)、車站等地方的安全監(jiān)測(cè)，比如探查隱藏的走私物品包括槍械、爆炸物、和毒品等，以及用于集成電路焊接情況的檢測(cè)等。極性物質(zhì)對(duì)THz 電磁輻射的吸收比較強(qiáng)，特別是水，THz 光譜技術(shù)中應(yīng)采取各種措施避免水分的影響，不過(guò)在THz 成像技術(shù)中，可以利用這一特性分辨生物組織的不同狀態(tài)，比如動(dòng)物組織中脂肪和肌肉的分布，診斷人體燒傷部位的損傷程度，及植物葉片組織的水分含量分布等。太赫茲成像技術(shù)與其他波段的成像技術(shù)相比，它所得到的探測(cè)圖像的分辨率和景深都有明顯的增加(超聲、紅外、X-射線技術(shù)也能提高圖像分辨率，但是毫米波技術(shù)卻沒(méi)有明顯的提高)。另外太赫茲技術(shù)還有許多獨(dú)特的特性，如在非均勻的物質(zhì)中有較少的散射，能夠探測(cè)和測(cè)量水汽含量等等。

太赫茲光譜技術(shù)不僅信噪比高，能夠迅速地對(duì)樣品組成的細(xì)微變化作出分析和鑒別，而且太赫茲光譜技術(shù)是一種非接觸測(cè)量技術(shù)，使它能夠?qū)Π雽?dǎo)體、電介質(zhì)薄膜及體材料的物理信息進(jìn)行快速準(zhǔn)確的測(cè)量。鑒于THz射線的特點(diǎn)，必將給通信、雷達(dá)、天文、醫(yī)學(xué)成像、生物化學(xué)物品鑒定、材料學(xué)、安全檢查等領(lǐng)域帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響，進(jìn)而改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)生活。