自1960年激光问世以来,科学家一直对超短激光脉冲、超快过程及超快现象展开了研究，经过30多年的不懈努力，已取得了很大的进展，现利用克尔透镜锁模钛宝石激光器可产生短至5fs的激光脉冲。这种超短激光脉冲，已在物理、化学、生物、医学、工业及军事领域有着广泛而现实的应用。除了激光脉冲，人们发现，最早从核爆炸产生的强电磁脉冲（脉宽在ns量级）对电子设备有极强的破坏力，由此引发了科学家对超短电磁脉冲的研究。在该领域中，太赫兹电磁脉冲的产生技术及应用受到了人们极大的关注。这是因为太赫兹电磁脉冲正是由超短激光脉冲选通半导体光导开关后产生的；另一原因是太赫兹电磁脉冲在很多基础研究、工业应用及军事领域有相当重要的应用。因此，世界上很多先进国家的研究机构，都相继开展了对太赫兹技术的研究，目前已取得了很多重要成果。
太赫兹波的产生
所谓太赫兹（THz=10l2Hz）波是指频率在0.1〜10THz（波长为30pn〜3mm）之间的电磁波，它在电磁波谱上位于微波和红外线之间，其频率范围是处于电子学和光子学的交叉区域。在20世纪80年代中期以前，由于缺乏有效的产生方法和检测手段，科学家对该波段电磁辐射性质的了解非常有限，是电磁波谱中唯一没有获得较全面研究并很好加以利用的最后一个波谱区间，是人类目前尚未完全开发的电磁波谱"空隙”区。
近十几年，伴随着一系列的新技术、新材料的发展和应用，尤其是超快激光技术的发展，为太赫兹波脉冲的产生提供了稳定可靠的激发光源，从而极大地促进了对太赫兹辐射的机理、检测、成像和应用技术的研究和发展。在科学上曾被称为“太赫兹空白”的这一波段，已经迅速成为一门新的极具活力的前沿领域。
由国内外的研发成果表明，太赫兹技术在物理、化学、材料、生物、医学、信息、通信、国家安全等领域，具有重大的科学价值和广阔的应用前景，尤其可在安防领域大显身手。
由于太赫兹波频率对应的热能等价于3-100K的温度范围，这将产生两个重要结果：一是室温物体以及有机活体在某种程度上能够发出太赫兹辐射，这一特性己被用于无源太赫兹波成像（尽管需要复杂的探测器）；二是有望直接发射太赫兹波的远红外量子级联（QC）二极管激光器，必须抵消激光上能级的热致粒子数分布，因此，量子级联二极管激光器，通常在低温下工作，且其发射频率不会低于2THz（尽管已有室温量子级联激光器，但它们发射频率通常高达35〜70THz）。0.5〜5THz波段，被看成激光技术领域，利用光电子方法使用飞秒激光器或输出近红外光的可调谐二极管激光器，连同光混频器、光导开关或非线性晶体，可将激光输出转化为太赫兹波。显然，使用不同的方法可以得到宽带脉冲或频率分辨的连续太赫兹波，其具体产生如下所述。
1.连续波太赫兹辐射的产生
通过光混频可得到可调谐连续波（CW）太赫兹辐射，如将两束波长相近的激光，入射到由嵌入到低温生长的碑化傢中的金属螺旋线构成的天线上，而天线的核心是呈交叉手指结构的光混频器，这双色激光束就聚焦在光混频器上。当天线受到光照时，半导体碑化镣中就会产生
自由载流子，从而在金属电极上产生振荡的光电流，天线就将光电流转换为新的太赫兹波，其频率为两束激光频率之差。
实际上，用于产生连续波太赫兹辐射的理想激光源是近红外分布反馈（DFB）二极管激光器，因为这种二极管激光器能够在850-860nm获得高功率、窄线宽输出，其调谐范围超过1000GHz,不存在模跳变现象。通过选择具有恰当波长差的两个二极管激光器，可在0〜2THz或1〜3THz之间获得连续可调的太赫兹波频差.
最新的双色二极管激光器釆用光纤元件进行光束合并与传送，具体使用保偏2x2光纤耦合器能在光混频器中获得必要的光束重叠。一般，每个双色光纤的输出功率约为60mW,这意味着太赫兹波的功率为50〜1000nW,这对于光谱应用已经够用，并且光电流输岀的信噪比已经超过了35dBoDFB激光器的优点是能以兆赫兹甚至亚兆赫兹的精度对激光频率进行控制，同时还能将太赫兹波线宽维持在仅1.2MHz,对应的时间尺度长达80ms。
2.脉冲太赫兹波辐射的产生
利用飞秒激光可以产生超快宽带太赫兹波辐射，这种方案同样需要将激光输出聚焦到上述的半导体天线上，它所产生的自由载流子随后被外加或者内部电场加速，这种暂态电流能够产生宽光谱电磁场。通常，釆用近红外波段100企的激光脉冲，可以获得4~5THz的光谱带宽。不同的天线设计，可以在800nm及电信用1550nm波长处发挥作用。
实际上，采用飞秒光纤激光器是一个很好的选择，用掺钳玻璃光纤构成紧凑可靠的锁模激光器，它们能够在1550ntn处发射宽带脉冲，其平均功率超过250mW。二次谐波产生能够将基频辐射转化为775nm的倍频脉冲。150fs的脉宽以及超过100mW的平均功率能与现有的半导体碑化镣天线相兼容。通常，飞秒激光器的输出光束由分束器分为两束，其中一束通过庞大的机械延迟线，这种延迟线通常对声波噪声以及复杂的光学准直较为敏感。
目前，有一种名为电控光学取样（即ECOPS）的新方法，它釆用两束相位相对稳定的超快激光脉冲，通过压电元件对一根光纤振荡器的长度进行细微调制，能够精确地控制“探测”脉冲扫过太赫兹波脉冲的过程。这里不需要机械延迟线，因为整个太赫兹波装置是电控的。莱斯大学的研究人员演示证明了在扫描频率为几百赫兹、脉冲延迟为50ps情况下小于100fs的时间抖动。
太赫兹波的特点
由于太赫兹波在电磁波谱上位于微波和红外线之间，其频率范围是处于电子学和光子学的交叉区域，因此太赫兹技术的理论研究处在经典理论和量子跃迁理论的过渡区。而这个波段的电磁辐射具有独特的性质，其性质表现出一系列不同于其他电磁辐射的特殊性，从而使其具有许多方面不同的应用。
太赫兹波的特点主要表现如下。
（1）穿透能力强。由于太赫兹波能穿透多种不透明的无定形物质，如对衣物、塑料、陶瓷、硅片、纸张、干木材等物质都具有较好的穿透性能。这是由于太赫兹波的散射不如可见光及近红外光那么显著，而散射的减小则意味着穿透深度的增加，可用来探测x射线、可见光、红外线探测不到的材料内部的缺陷和隐藏物，从而可用来进行安全检查。
（2）光子能量很低。由于太赫兹波的光子能量很低，其光子能量比软X射线小了6个数量级，只有几个毫电子伏特，当它穿透过物质时，也不会发生电离。很多太赫兹应用所需要的功率都不到1nW,即使用于人体也绝对安全，从而可用来进行安全的无损检测。
（3）可区分材料的结构和种类。由于不同物质在太赫兹波谱区具有不同的吸收和色散性质，而很多凝聚态物质和生物大分子的振动和转动能级又落在太赫兹波段，可通过太赫兹光谱测量获得其特征光谱，因而可用于区分材料的结构和种类等。
（4）对水分的吸收很敏感。由于太赫兹波对水分的吸收很敏感，当探测如树叶、生物组织等含有水分的物质时，可表征水分的含量和分布，因而可用于生物医学成像和光的检测等；
（5）可得到高分辨率的清晰图像。由于太赫兹脉冲的波长比微波短，因而可提供更高分辨率的图像，3THz辐射的衍射极限小于250gm,利用适当的小孔或针尖，太赫兹波成像可以达到较高的空间分辨率，并获得微波成像难以得到的高分辨率的清晰图像。
（6）可提供进行时间分辨光谱测量。由于太赫兹波频谱范围是位于微波和红外线之间，是电子学和光子学研究的交叉领域，其瞬态性和相干性提供了进行时间分辨光谱测量的条件，从而可通过电光取样获得时间分辨的电场变化信息，同时也可得到其电场振幅和相位的测量，为太赫兹时域光谱学提供基础等。
