“太赫兹”缘何被美国政府列入改变未来世界十大技术？

核心提示：一种名为“太赫兹”的神秘波段，为何如此吸引全球科学家的目光？太赫兹研究专家陈志豪做客《世纪大讲堂》，带您领略太赫兹技术的奥秘。

解说：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。

陈志豪：比如说奶粉里面，有一些三聚氰胺这些事情，我们可以从它吸收电磁场的强弱，我们把它分辨出来。

解说：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。

陈志豪：我们放在老鼠上面，一些肝癌的癌的细胞，通过太赫兹的扫描，我们就可以看到这个组织在不同的频率的时候，它有不懂的反应。然后去看它是不是癌的细胞。

解说：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？太赫兹研究专家陈志豪做客《世纪大讲堂》，带您领略太赫兹技术的奥秘。

田桐（主持人）：学术殿堂，思想盛宴，欢迎各位来到《世纪大讲堂》，我是田桐。相信提到安检，大家都不陌生，而安检随之带来的辐射大家可能已经都习以为常了。那现在如果有这样一种技术，它可以让你一秒钟就过安检，而且对你的身体毫无伤害，那么这个叫做太赫兹的技术，还可以检测食品安全以及诊断癌症，听起来就觉得很高级的一种技术对不对。那我们就想问了，这个太赫兹究竟是一个什么样的东西，它给我们的生活又能带来哪些真实的改变呢？我们来听一听今天嘉宾的演讲，首先来认识他。

解说：陈志豪，他是香港城市大学教授，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。陈教授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。陈志豪今天做客《世纪大讲堂》，带你了解能改变未来世界的“太赫兹”科学。

什么是“太赫兹”？频率高波长短从探索太空到服务生活

田桐：让我们掌声欢迎我们今天的演讲嘉宾，来自香港城市大学的陈志豪教授，掌声欢迎。陈教授您好。

陈志豪：您好。

田桐：欢迎您，今天我们谈的这个话题，你知道我们会觉得“太赫兹”，很多人连听都没听多，它可能比引力波离我们还要远。能不能用特别简单的语言，和尖端的语言来跟我们说一下，这究竟是一个什么样的技术。

陈志豪：好，太赫兹其实就是电磁波的一种。

田桐：电磁波的一种。

陈志豪：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，它的波长很短。所以它有很特别的功能，比如说，因为它的光能，这个光子的能比较小，相对于X光，它的能量就是很小，就是只有它（X光）的几万到几十万倍的这么小的一个能量，所以对人体健康是没有（伤害的）。它不会把我们的分子分解，比如说，所以就比较安全，所以在安检方面是非常有效的。

田桐：所以其实太赫兹它是一个我们刚刚开始兴起研究的领域，还是它一直都在研究过程当中。

陈志豪：太赫兹研究已经有，比如说20年这样的，其实以前在天文上面，可能用得比较多。但是用在其他方面呢，就是过去10多年的时间比较多，为什么呢？就是因为刚开始的时候，这个仪器是非常贵，现在慢慢有些仪器可以生产出来，我们才能够做这些研究。所以这些研究在过去几年就发展得特别快。

田桐：嗯，那在未来，除了您刚才讲到的太空以及安检方面的一些运用的话，还有哪些是离我们特别（近），贴近我们的生活的呢？

陈志豪：比如说食品的安全。

田桐：对，这个怎么能用这种方式来检测出来。

陈志豪：因为很多不同的物料，它对吸收这个电磁波有不同的大小。比如说奶粉里面，有一些三聚氰氨这些事情，我们可以从它吸收电磁场的强弱，我们把它分辨出来，等一会儿我会为大家介绍这个研究。

田桐：那中国在这个研究的领域的步伐上面，是处于一个什么样的状态和阶段？

陈志豪：可以说过去几年特别地快，然后进展也非常非常之快，比如说有些仪器，测试的仪器，他们已经做到跟国外最高的水平可能相差一两年吧。但是我觉得，因为中国的工程师特别多，又特别的棒，所以我猜要赶上他们其实这几年这件事情应该可以发生。

田桐：好，谢谢。那关于我们今天讨论这个，对于我们来说有点神秘的太赫兹究竟是什么呢？我们把时间交给我们的演讲嘉宾，掌声欢迎。

陈志豪：谢谢。好，今天我为大家讲这个改变未来的太赫兹的技术。

大家可能对食品安全比较关心，在香港的大学，有很多时候，我们有很多来访问的学者，他们还是学生，他们来香港10多年前，他们经常问我们去哪里去买奶粉。可能这个香港买的奶粉就比较安全，这是他们相信的。我们再比如说，在2011年的时候，台湾有这个塑化剂的情况出现，因为他们有把这些东西就放在很多食品跟饮品里面，这个在香港，国外也有。然后呢，比如说2013年的时候，包括新西兰，它在乳清上面就有一些食物的杆菌的污染，也是对食品构成一个安全的问题。一个比较严重的一次，就是在2014年的时候，香港一些厂商把一些不是食用的动物油运去台湾，台湾有些公司呢把它变成一个可以食用的油，当然这个是有污染的了，然后这个油就卖去给台湾的食品公司，也卖去香港的公司。香港有一些公司就用了这些油，去做一些食品，包括香港有一个很著名的一个产品就是叫菠萝包，这个是一个非常有名的，香港一个很地道的一个美食。但是这个也是因为这个油的成分，是其实是不安全的，所以后来我们就把它下架了，就不能够卖了。所以这个食品安全呢，影响我们很多饮品食品生活的情况。

今天我为大家介绍这个太赫兹，一个电磁波。这个技术，是可以在食品安全里面产生一些作用。什么是太赫兹呢？这里是我们一个电磁波的频谱，太赫兹是在电磁学跟光学中间，我们电磁学，比如说微波、光，我们这些很多不同的一般的生活的产品，我们其实已经用了很多年代了。比如说微波炉，我们已经用了很多年。光，比如说红外光的摇控器，大家也用了很多年。但是太赫兹的这一部分这个频率，我们是用的比较少的。

解说：那太赫兹这种电磁波，又能怎样应用呢？这就要从它的特性说起。

陈志豪：我们讲一讲什么是波长呢？波长就是说，你可以看到我们有很多波在抖动。比如说我们把一个石头，掉进水里面，我们可以看到那个波浪有高有低的，一个波峰的高度至另一个波峰的高度，这一个距离我们叫波长。这个一秒钟有多少个这样的波呢，我们叫频率，它的单位我们叫赫兹。所以你可以看到，我们一般的，比如说无线电波，叫1000个千赫，千兆赫这样的一个，就是我们叫的吉赫，就是我们一般用的手机的那个频率。

那么太赫兹呢，有多少呢？就是你可以看到是10的12次方，就等于是1个亿的赫兹，就是太赫兹Terahestz。所以我们叫这个频率的那个频带，我们叫太赫兹。我们可以看收音机，也是一个无线电的一种应用。然后你可以看到紫外光，当然我们可以看到紫外光，看看那个钞票是不是真的，一个防伪的作用。然后你可以看到X光，X光我们也可以看到了，就是可以穿过人的身体。但是太赫兹里面呢，太赫兹那个穿透力就没有这么强，它看到我们人的组织却是比较清楚，比如说我们可以看到皮肤，或者穿透这个衣服，所以在安检方面是非常有用的。这个图你可以看到有一个人，他前面拿着一份报纸，但是其实后面他有一把刀，通过太赫兹就可以看到他报纸背后后面那个刀的形状，所以其实在安全方面是非常有用的。

这里我们可以看到，太赫兹的技术已经应用在（检测）一些食品的安全，及药物中的污染物。这个图是什么呢？这个图是我们通过一些仪器去测试不同的油，通过我们的仪器可以看到它功率的吸收程度。你可以看到，这个是葡萄籽油，然后另外一个是动物的脂肪，是猪油。你可以看到在0.5太赫兹以下，两个线是看不出来，它是叠在一起的。但是在0.5个太赫兹以上，大家可以看到它两个线就已经分开了。所以你可以分辨这个油是葡萄籽油，还是这个猪油，可以分得清。

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，比如说一些化学物，要先把它们浓缩，把它浓缩以后，我们通过一些仪器，这里有两种仪器，一种叫气相色谱仪，另外一种是夜相色谱仪。通过这些仪器，我们就可以把这些通过它的频谱，就可以把它分辨出来。但是这个时间需要比较长，需要比如说半天至一天的时间，才能把这些化学物质分辨出来。但是通过我们这样一个仪器，太赫兹的频谱仪，它的作用是什么呢？我们可以把样本放在，比如说那些油放在这个小孔上面，通过这个太赫兹的一个波，把它穿过以后，我们另外一边就把讯号接收。通过我们做一些讯号的分析，我们就可以把它的频谱记录下来，就是刚才我们看到的不同的油有不同吸收的特性。

这个频谱仪，有一个激光，通过这个激光，穿到太赫兹的产生器，把它转换成太赫兹的波，然后通过一个反射的镜可以集中在一个焦点，在我们测试的样本里面，集中一个焦点，通过另外一个反射镜面，回去这个检测器里面。这个仪器比较大，比如说我们要去一个餐厅吃饭，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，要把这个仪器变得很小。怎么能够把这个仪器变得很小呢？我们效果把里面有一些马达，它要用的马达，我们要把它一个小型化，还是要用到其他的技术，去把这些方法去把它弄小。

解说：《世纪大讲堂》改变未来的太赫兹技术，下节回来精彩继续。

除了检测地沟油 太赫兹还有哪些神奇的用途？

上一节我们了解到太赫兹是电磁波的一种，可以检测出食物中的地沟油。而作为改变未来世界的十大技术之一，太赫兹的应用远不之于此。它还有哪些神奇的用途，这一节，太赫兹为您讲述。

陈志豪：大家可以看到这个太赫兹应用农药方面的检查，大家这里可以看到有不同的图，比如说，有这个西红柿，还有这个卷心菜、草莓、菠菜，他们对于一个太赫兹有不同的吸收的率，所以如果我们看到这个频谱，我们就知道要探测的是什么东西。这个是一些基本上没有农药的食物样本；这里，我们就做了不同的东西，比如说这里有不同的农药，这里可以看到两种不同的农药，我们可以看到下面底下的两个颜色的，蓝色的跟红色的，它是两种不同的农药，你看到它们有一些频率，它吸收的频率是比较高的，所以你可以看到有一些峰，但是如果你把两种农药都放在一起的时候，它两个峰其实会加起来的。所以你可以看到它们这些最高的那个图其实是两种农药。可以看到，当有一种农药，有一种峰，另外一个农药有一个峰，它的两个是把它加起来，有一些是没有峰的时候，它只有出现一个峰，有些时候是两个峰的能量加起来，所以我们就知道，它有两种不同的农药。

如果我们把农药放在，比如说番茄上面，你可以看到，原本是没有这些峰的，现在就加上了这些农药的峰。所以你可以看到，蓝色是一种番茄，另外一种就是把农药加起来。农药，我们测试的峰，就把两个东西加起来。所以看到这个样本，你可以测试以后呢，你会知道里面其实有农药的。农药有多少，看这个峰，相对于我们只有番茄的时候，它增长的多与少，就是这么分辨。

所以这里，我们大家可以看到不同的频率，我们可以看到，三聚氰氨的检测所以你也看到，当三聚氰氨很小很小的时候能够占一个分量，很小的时候，他那个线基本是平的，你看不见的。但是我们慢慢把这个三聚氰胺的份量把它加起来，慢慢增高，增加，你可以看到那个峰还是在一起的，三聚氰胺的峰，然后你把它的比重增加了，它那个峰的高度就会增高，所以从这个增高的高度，跟没有这些三聚氰胺时样品的对比，我们就知道这里有没有一些污染物，它的污染物有多少。如果我们有个很好的一个数据库，我们就可以把它分辨出来了。

然后，这里也可以看到，有一条线是一个面粉，只是一般的面粉，它的吸收率随着那个频率改变，它就会变。但是我们如果有三聚氰胺在上面的时候，三聚氰胺吸收的峰就会加上在这个面粉上面，所以你也可以看到，这些污染物就在一般的面粉里面，我们就可以把它分辨出来。当然，还有其他的，比如说这个是巧克力粉，也可以看到。另外我们可以看到这个奶粉，如果一个奶粉是没有峰的，如果有三聚氰胺的时候，它的峰就会加起来。那么就可以看到它了。

解说：除此之外，太赫兹技术在医学诊疗上也有很大的能耐，甚至能够诊断癌症。

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