在國際首次太赫茲功率比對中，中國計(jì)量科學(xué)研究院研制的太赫茲輻射計(jì)在比對的兩個(gè)頻率點(diǎn)處均實(shí)現(xiàn)了響應(yīng)度最高、測量不確定度最小。
在20世紀(jì)80年代以前，由于缺乏有效的測量方法和測量儀器，對于頻率在0.1～3太赫茲（THz）之間的電磁波——太赫茲波的認(rèn)識(shí)一直非常匱乏，電磁波譜的研究與應(yīng)用一度出現(xiàn)了一段“真空地帶”，被稱為“太赫茲空隙”。而介于紅外和微波頻段的太赫茲綜合了電子學(xué)與光子學(xué)的特色，是連接電子學(xué)和光子學(xué)的橋梁。
太赫茲技術(shù)在高速寬帶通信、醫(yī)療安檢成像、化學(xué)成分分析、國家國防安全等許多領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值和巨大的應(yīng)用潛力。例如，太赫茲光譜技術(shù)不僅信噪比高，能夠訊速地對樣品組成的細(xì)微變化進(jìn)行分析和鑒別，而且還是一種非接觸測量技術(shù)，能夠?qū)Π雽?dǎo)體、電介質(zhì)薄膜等材料的物理信息進(jìn)行而準(zhǔn)確的測量。太赫茲輻射可以無損地穿透大部分材料，探測遠(yuǎn)處或內(nèi)部的樣品信息。長期致力于光學(xué)研究的中科院院士姚建銓甚至稱“太赫茲波具有的特殊優(yōu)勢提示我們，其應(yīng)用可能為生物醫(yī)學(xué)帶來革命性的變革”。
太赫茲頻段的巨大潛力引發(fā)了全世界范圍內(nèi)的研究熱潮。2004年，美國麻省理工學(xué)院將太赫茲科技評(píng)為“改變未來世界的十大技術(shù)”之一。美國國防部先進(jìn)研究項(xiàng)目局（DARPA）、美國國家航空航天局（NASA）等機(jī)構(gòu)投入重金，將太赫茲波用于軍事國防、太空探測等項(xiàng)目；日本政府將其列為“國家支柱技術(shù)十大重點(diǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)”之首，宣稱將在2020年東京奧運(yùn)會(huì)時(shí)實(shí)現(xiàn)太赫茲高速通信。相關(guān)研究在國內(nèi)外如火如荼地展開，太赫茲輻射源、太赫茲探測器、太赫茲測量系統(tǒng)也已不斷涌入國內(nèi)外市場。如今，“太赫茲空隙”正在被不斷填補(bǔ)，此時(shí)，業(yè)內(nèi)研究人員面臨的是另外一個(gè)問題——太赫茲頻段的測量標(biāo)準(zhǔn)。
有了統(tǒng)一而準(zhǔn)確的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，各類太赫茲產(chǎn)品的性能和特性就能夠得到客觀、準(zhǔn)確的評(píng)估，因此計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)也就顯得尤為重要。為了實(shí)現(xiàn)各類太赫茲輻射源、探測器以及測量系統(tǒng)的量值溯源，消除計(jì)量體系中的“真空地帶”，中國計(jì)量科學(xué)研究院在計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置方面開展了深入研究。中國計(jì)量科學(xué)研究院光學(xué)所的團(tuán)隊(duì)自2007年開始了太赫茲計(jì)量技術(shù)的研究，通過自主研發(fā)全部太赫茲計(jì)量校準(zhǔn)裝置，研制出了太赫茲光譜輻射計(jì)，目前已經(jīng)具備了太赫茲光譜計(jì)量校準(zhǔn)、太赫茲功率計(jì)量校準(zhǔn)、太赫茲頻率/波長計(jì)量校準(zhǔn)和太赫茲輻射源強(qiáng)度空間分布特性測量校準(zhǔn)能力。
當(dāng)前，國際計(jì)量研究機(jī)構(gòu)也廣泛而深入地致力于解決太赫茲計(jì)量技術(shù)問題，德國國家計(jì)量院（PTB）和美國標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）就是其中取得了突出成果的兩家機(jī)構(gòu)。2009年，德國國家計(jì)量院利用低溫輻射計(jì)率先實(shí)現(xiàn)了太赫茲功率溯源至國際單位制；2011年，美國標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院利用碳納米管作為吸收體實(shí)現(xiàn)了太赫茲輻射功率的測量。中國計(jì)量科學(xué)研究院于2013年自主研發(fā)了一種太赫茲吸收材料，其吸收帶寬和吸收率均為目前國際最高，并利用該材料作為吸收體研制了太赫茲輻射計(jì)，實(shí)現(xiàn)了太赫茲輻射功率的絕對測量。
為了保障太赫茲計(jì)量量值準(zhǔn)確可靠，2013年初，德國國家計(jì)量院提出了開展國際首次太赫茲功率比對的建議。2013年11月，中國計(jì)量科學(xué)研究院激光輻射度實(shí)驗(yàn)室副主任鄧玉強(qiáng)博士與德國國家計(jì)量院太赫茲輻射度實(shí)驗(yàn)室主任安德里亞斯.斯泰格爾（Andreas Steiger）博士、美國標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院激光輻射度實(shí)驗(yàn)室主任約翰.雷曼（John Lehman）博士于德國柏林共同確定了比對方案和進(jìn)程。為保證首次國際太赫茲功率比對的順利進(jìn)行和高效可靠，比對技術(shù)協(xié)議要求，只有具備太赫茲輻射功率絕對測量和獨(dú)立復(fù)現(xiàn)能力的國家實(shí)驗(yàn)室才有資格參加，這一能力需要具有經(jīng)國際同行專家評(píng)審并且正規(guī)發(fā)表的國際學(xué)術(shù)論文作證明。最終確定參加比對的實(shí)驗(yàn)室僅有美國標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院、德國國家計(jì)量院和中國計(jì)量科學(xué)研究院3家。
此次比對規(guī)定在2.52THz和0.762THz兩個(gè)頻率點(diǎn)下進(jìn)行，3家參加比對的實(shí)驗(yàn)室各自采用互不相同的技術(shù)路線復(fù)現(xiàn)太赫茲輻射功率量值，在同一地點(diǎn)一起進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)測量。在德國國家計(jì)量院太赫茲輻射度實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)場測量中，中國計(jì)量科學(xué)研究院研制的太赫茲輻射計(jì)表現(xiàn)出卓越的性能，具有良好的線性、穩(wěn)定性、重復(fù)性和信噪比，現(xiàn)場實(shí)測的非線性僅為0.04%。最終比對結(jié)果表明，3家國家計(jì)量實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)場測量結(jié)果能夠很好地相互吻合，等效一致。其中，中國計(jì)量科學(xué)研究院在比對的兩個(gè)頻率點(diǎn)中均實(shí)現(xiàn)了響應(yīng)度最高、測量不確定度最小。
中國計(jì)量科學(xué)研究院在深入研究太赫茲技術(shù)的同時(shí)，還與國內(nèi)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)開展密切的科研合作，對各研究單位提供了大量具有特色的技術(shù)服務(wù)，促進(jìn)了國內(nèi)外太赫茲技術(shù)研究和應(yīng)用的發(fā)展。除了太赫茲輻射功率計(jì)外，中國計(jì)量科學(xué)研究院光學(xué)所研制的太赫茲時(shí)域光譜測量系統(tǒng)和超短脈沖時(shí)域參數(shù)測量校準(zhǔn)系統(tǒng)都已得到了國內(nèi)外研究同行的廣泛應(yīng)用和高度認(rèn)可。
如今，太赫茲技術(shù)的重要性已被廣泛認(rèn)知，在電磁波譜中，位于太赫茲頻段兩端的微波頻段和光學(xué)頻段都已經(jīng)建立了國家計(jì)量基標(biāo)準(zhǔn)裝置和較為完善的量值傳遞體系，因此太赫茲測量標(biāo)準(zhǔn)的重要性也就不言自明。本次國際比對對于確定國際太赫茲輻射功率量值具有前所未有的重大意義。正因如此，國際首次太赫茲功率比對被國際計(jì)量局光度輻射度咨詢委員會(huì)（CCPR）關(guān)鍵量比對工作組主席大野泰夫（Yoshi Ohno）博士稱為“太赫茲計(jì)量領(lǐng)域的重大里程碑”，德國國家計(jì)量院太赫茲輻射度實(shí)驗(yàn)室主任安德里亞斯.斯泰格爾博士稱贊中國計(jì)量院研制的太赫茲輻射計(jì)為“具有德國產(chǎn)品的質(zhì)量”。
作者：鄧玉強(qiáng)
（鄧玉強(qiáng),中國計(jì)量科學(xué)研究院研究員，主要開展超短脈沖激光和太赫茲計(jì)量研究。2006年天津大學(xué)精儀學(xué)院光學(xué)工程專業(yè)博士畢業(yè)，同年就職于中國計(jì)量科學(xué)研究院，歷任助理研究員、副研究員、研究員。承擔(dān)國家自然科學(xué)基金、國家科技支撐計(jì)劃、973、公益性行業(yè)專項(xiàng)等各類科研項(xiàng)目十余項(xiàng)。自主研制了超短脈沖時(shí)域參數(shù)測量裝置、太赫茲時(shí)域光譜儀、太赫茲輻射功率計(jì)，實(shí)現(xiàn)了超快光學(xué)和太赫茲參數(shù)溯源至國際單位制。）
