改变未来的太赫兹技术

帅帅帅帅帅

有一种电磁波

知道的人寥寥无几

但全世界科学家都认为

它将开启新的科技前沿革命

早在2004年

美国政府就把它评为

改变未来世界的十大技术之一

这个叫做“太赫兹”的神秘波段

为何如此吸引

全球科学家的目光？

太赫兹究竟是什么？

它又将为我们的生活

带来哪些真实的改变？

主持人：田桐      主讲人：陈志豪

陈志豪，香港城市大学教授，主要研究电磁学和太赫兹科学，是毫米波国家重点实验室的领头人。 他致力于将科研与实际应用接轨，他的团队与全球专家合作，共同研发太赫兹系统及技术，促进生物医学成像，检测食品安全，以及推进太赫兹在通信领域的发展。
今天我们谈的这个话题，可能大多数人都没听说过，它比引力波离我们还要遥远。那么，我先用简短的语言给大家说一下，这究竟是一个什么技术。太赫兹其实就是电磁波的一种。比如说大家对手机，对微波炉都很熟悉，这个太赫兹的频率就是我们一般手机的几百倍，所以它的频率很高，波长很短，所以它有很特别的功能。比如说，因为它的光能比较小，所以相对于X光，它的能量就很小，只有X光的几万到几十万分之一的能量，所以对人体的安全是没有伤害的，它不会把我们的分子分解。所以就比较安全，在安检方面是非常有效的。

大家可能对食品安全问题比较关心，在香港大学，很多时候会有学生来做访问学者。10多年前，他们就经常问我们去哪里买奶粉，可能他们相信在香港买的奶粉就比较安全。再比如说，在2011年，中国台湾有在食品和饮品中添加塑化剂的情况出现，其实除了香港，这种情况在国外也有。还有比较严重的一次，就是在2014年的时候，香港一些厂商把一些非食用动物油换去中国台湾，中国台湾的公司呢就把它变成可食用的油，当然这个已经被污染了，然后这些油就被卖往中国台湾和香港的食品公司，用于食品制作。包括香港有一个很著名很地道的一个美食，叫菠萝包，但也是因为油的成分不安全，就被下架了，停止售卖了。所以这个食品安全，是很严重地影响的我们生活的。而今天我为大家介绍的这个太赫兹，一个电磁波，这个技术就正可以在食品安全方面发挥作用。接下来，我将为大家详细讲解改变未来的太赫兹技术。

什么是太赫兹？

太赫兹，其实是一种电磁波。微波和红外光都是电磁波，微波，就比如微波炉，光，就比如红外光遥控器。但是太赫兹这一部分这个频率，我们用的比较少。那太赫兹的应用就与它的特性有关。它的特性，打个比方，一个石头掉进水里，会使水面产生高高低低的波浪。我们知道一个波峰到另外一个波峰的距离就是波长，而一秒钟内这样的波的数量，就是频率，频率的单位就是“赫兹”。我们生活中一般的无线电波和手机，就有1000个千赫，也就是我们说的一兆赫，10的6次方赫兹。而10的12次方赫兹，即1万亿赫兹，就是太赫兹（Terahertz）。

太赫兹技术有哪些神奇的用途？

1.用于检测食品安全

今天的太赫兹技术可以检测出食品中的安全隐患。

这张图就是我们把葡萄籽油和猪油通过我们的仪器，看到的葡萄籽油和猪油对太赫兹的吸收程度的曲线。你可以看到在0.5 太赫兹以下，两条线是重叠在一起的，而在0.5个太赫兹以上，两条线就分开了，所以我们是可以通过太赫兹技术分辨两种不同的油。

而在在没有用到太赫兹的情况之前，我们怎么去看不同的测试的样本呢？首先，我们要先把这些化学物浓缩，再通过一些仪器，一种叫气相色谱仪，另外一个是液相色谱仪。然后我们就可以通过它的频谱，把它们分辨出来，但花费的时间比较长，需要半天甚至一天的时间，才能把这些化学物质分辨出来。所以这一利用太赫兹技术的方法，相比于之前使用气相色谱仪和液相色谱仪来分辨要更节约时间。

通过频谱仪，我们可以把激光穿到一个太赫兹产生器里，把它转换成太赫兹的波，然后通过一个反射的镜在测试的样本里面集中一个焦点，然后通过另外一个镜面将其再反射回这个检测器里。但这个仪器比较大，如果去一个餐馆吃饭，我们想要看它的油是不是地沟油，我们不可能把这么大的仪器拿去跟我们一同吃饭，对不对？所以我们以后的研究方向就是要通过把里面的马达小型化来把这个仪器变成一个很小很小的仪器，这还是要用到其他的技术的。

2.用于检测药品污染物

太赫兹技术还可以应用于农药方面的检查。这里有一张不同的图，比如说有西红柿，还有卷心菜，草莓，菠菜，它们对于太赫兹都有不同的吸收率，所以通过这个频谱，我们就可以知道我们要探测的是什么东西。这些频谱是我们一些基本上没有农药的食物的样本。

另外，再看下面一张图片，我们做了不同的东西，两种不同的农药。蓝色跟红色，就是两种不同的农药。可以看到它们有一些吸收的频率是比较高的，所以会出现一些峰。而如果你把两种农药都放在一起，它两个峰就会加起来，所以你看到的那个最高的其实就是两种农药。可以看到，当一种农药有一个峰，另一种农药有一个峰，这张图就出现两个峰加起来的效果。而通过把两个峰的能量加起来，我们就知道它有两种的不同的农药。

如果我们把农药放在蕃茄上面，我们知道原来是没有这些峰的，现在就加上了这些农药的峰，所以你可以看到蓝色的是一个番茄，另外一个就是加上了农药。所以我们给你的样本说是蕃茄，但是测试以后你会知道里面其实是有农药的。而农药的多少，就可以计算峰相对于只有蕃茄时的曲线所增加的多与少来分辨。