具有广阔应用前景的太赫兹辐射

太赫兹辐射，1THz=10(12)Hz(一太赫兹等于十的十二次方赫兹)。 太赫兹辐射是指频率从0.37THz到10THz，波长介于无线波中的毫米波与红外线之间电磁辐射区域，所产生的T射线在物体成象、医疗诊断、环境检测、通讯等方面具有广阔的应用前景。

与大多数电磁频谱相比，太赫兹辐射(Terahertz radiation)，也称太赫兹射线，几乎未被利用。然而，太赫兹射线可能会在下一代无线通信比如6G/7G、安全系统、生物医学、乃至艺术中得到应用。通过一种使用专门设计的“表面”来控制太赫兹射线的新设备，具有自然界中未发现的特性，可以开始发挥太赫兹射线的潜力。该研究结果论文发表在今天的《光学快报》上。

“太赫兹间隙”(terahertz gap)是常使用的一个术语，用来描述利用微波和红外辐射之间的电磁频谱中的频带中的很少使用的技术：太赫兹辐射。

尽管产生和操纵微波和红外线辐射很简单，但是在室温下运行并能够对太赫兹射线进行处理的实用技术效率低下且不切实际。这很可惜，因为如果确实可以利用它们，太赫兹射线的特性将使它们变得非常有用。

太赫兹射线可以如X射线一样穿透不透明的物体，但是它们不电离，因此更加安全。它们还可以穿过衣服、木材、塑料和陶瓷等，因此对于安全监视部门进行实时成像以识别隐藏的如枪支或爆炸物很重要。出于同样的原因，太赫兹辐射应用也有望用于文化遗产科学，为艺术史学家和博物馆提供了从研究绘画到木乃伊的人工制品无辐射风险的最佳选择。

在过去的十年左右的时间里，允许太赫兹波的产生、检测和应用的太赫兹技术开始普及，从而在一定程度上弥合了太赫兹的空白。但是，能够操纵太赫兹波的常规光学组件的性能和尺寸，并未跟上这种快速发展的步伐。原因之一是缺乏适用于太赫兹波段的天然材料。

现在，日本的研究人员最近开发出了一种光学组件，该组件可以轻松地以实用的方式操纵太赫兹射线，而所使用的材料不会自然产生。

传统上，一种通常由弯曲的透镜或镜子组成的使光束或波变窄的装置的准直仪可以操纵太赫兹射线，是一种由天然材料制成的大块的三维结构。

但是该研究团队设计了一种准直仪，它是由“超表面”(metasurface)制成的超薄(仅2.22微米)的平面，这种材料被设计成具有自然界不可能或很难找到的特性。 这些特性不是来自它们构成的任何金属或塑料基础物质，而是来自材料的几何形状和排列，呈微小的重复图案，可以使电磁波弯曲，而天然物质则无法弯曲。

在这种情况下，该材料具有极高的折射率，即慢速光通过它的速度，和低反射率，即撞击表面后反射的光的比例。该准直仪由339对准原子组成，它们的排列使折射率从设备的外部到中心同心地增加。

研究人员表示：“这种超表面设计是史无前例的，它具有更高的性能，可以加速包括下一代无线通信(6G/7G)甚至热辐射控制设备在内的广泛应用的开发。”