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各国围绕“太赫兹”的技术竞赛
九十年代初,第一届国际太赫兹电子学会议在欧洲召开,这是学术界把太赫兹作为一种独立的科学的开始,至今也不过二十年左右。因此,它是一门很年轻的跨学科、交叉性很强的科学前沿。
由于太赫兹在电磁波谱中所处的位置,即处于宏观电子学向微观光子学的过渡区,它的发展单纯依靠宏观电子学是难以做到的,单纯依靠微观光子学也是很困难的,以至于在电磁波谱上太赫兹仍是至今留下来的一个有待发展的频段,所以它具有丰富的科学内涵。
事实正是这样,近二三十年来出现的所有学科前沿和热点都被太赫兹所深深地吸引,诸如光子晶体、亚波长孔阵列、微纳光学、量子光学、等离子体科学(Plasmonics)、人工电磁媒质(Metamaterial)以及2010年获诺贝尔奖的石墨烯等都希望在太赫兹领域寻找自身发展的机遇。
太赫兹又广为利用和吸收这些新兴学科前沿和热点来发展和丰富自己。这种科学现象在科学发展历史上还是不多见的。另一方面太赫兹具有非常优秀的独特性质,在很多方面,它既优于X射线,又优于光波和微波毫米波,被称为T射线,所以太赫兹在推动其他科学发展上具有不可替代的作用,为其他学科的发展创造了很好的条件,提供了很好的机遇。
例如:在太赫兹的推动下,近年来出现了一些新的前沿学科,太赫兹生物学(THz-Bio)、太赫兹表面等离子体学(THz-Plasmonics)、太赫兹人工电磁媒质(THz-Metamaterial)、太赫兹强场物理学(THz-Intense field physics)、太赫兹自旋电子学(THz-Spin Electronics)等。
耶鲁大学著名科学家Schmuttenmaer教授在2004年IRMMW-THz(国际红外毫米波-太赫兹会议)大会特邀报告做了题为“Learning New Chemistry and Physics with THz Light”(利用THz科学更深入的研究新的化学和物理学)。可见太赫兹在国际科学家们心目中的重要地位。
由此可见太赫兹是一门新兴的具有重要特色的交叉学科,所以太赫兹在科学上、国民经济和国防建设上有着极其重要的作用。已成为世界各大国竞相抢占的学术制高点。例如美国、欧洲各国、俄罗斯、日本甚至韩国都有全国性长期执行的统一的规划、统一的重大项目。在美国国家科学基金(NSF)、国防部、DARPA、能源部、卫生部等,以及很多大型企业都给予大量的投入,在美国所有的国家实验室以及六十个以上的大学都在大力进行太赫兹科学研究并且做出了重要的成绩。
由于认识到太赫兹的特殊重要性,美国要求本领域最重要的和最权威的国际会议-国际红外毫米波太赫兹会议(IRMMW-THz)会议每三年必须在美国召开一次,然而它还不满足,干脆把国际红外毫米波-太赫兹会议依法注册成为美国的一个学会,即American IRMMW-THz Society(和 American Physical Society等地位相同),这个注册已于去年通过,并且新创办了IEEE Transaction on THz杂志。由此可见美国对本领域的重视程度。
我国政府对太赫兹研究也很重视。2005年以前,国家863计划首先给予支持,国家自然科学基金给出了一个重大项目和很多面上项目。2005年在科技部、教育部、中国科学院、中国工程院、国家自然科学基金委等大力支持下召开了以太赫兹为主题的第270次香山科学会议,这次会议起到了非常重要的作用,从此以后我国太赫兹科学蓬勃发展,所以第270次香山科学会议被认为是我国太赫兹发展的重要里程碑。
但是与国外相比,我国在太赫兹研究方面的发展还有较大的差距,第一,基础研究不够集中,国际一流的成果还很少。第二,可以实用的元器件还远远不能满足国家的急需。第三,系统集成更少,虽然国际上已有6-7部太赫兹雷达在运行,德国和日本等在太赫兹无线通信方面也已进入实用试验阶段,但我国在这些方面相对还比较薄弱。第四,重要的测试设备和加工平台等在我国还非常缺乏,在这种条件下,创建一个新概念引导下的太赫兹科学协同创新中心就显得非常必要和非常迫切。
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