2020春節，因為新冠肺炎疫情而變得異常漫長。
在各大交通樞紐站，很多都是工作人員手持測溫槍對進站乘客一一測溫，然後乘客再過安檢，而傳統的安檢設備需要手動執行，一般要求一臺安檢儀配備6名安檢人員，方能做到秩序井然，然而，在這種模式下，近身接觸、人員密度大、程序繁瑣帶來通行效率低下，都大大增加了病毒感染的幾率。1月28日，合肥市確診的一名患者，便曾於1月22日下午全程佩戴口罩乘坐地鐵，這也直接導致6名安檢人員被安排居家隔離醫學觀察。
然而，有的交通樞紐站卻引入了“黑科技”設備，乘客僅需幾秒，幾乎“一閃而過”就同時完成了體溫監測和安檢，沒有排隊和較長時間的停留。
比如在上海地鐵2號線，剛剛投入使用的一臺太赫茲安檢儀就讓人眼前一亮。乘客接受安檢時，無需與任何人產生接觸，只需正常步行通過一個安檢通道，還可以同時完成“測溫”工作。乘客是否攜帶違禁品、是否發燒等都一一顯示屏幕上。
圖為乘客有序經過太赫茲無接觸測溫安檢安防一體機
這不僅真正實現了“全過程無接觸”的安檢安防模式，大大降低了病毒交叉感染的可能性，還將通行效率從300人/小時提升至1500人/小時，效率提升近5倍！
除上海地鐵外，合肥地鐵、中科大附屬第一醫院等也相繼啟用了“全過程無接觸”測溫安檢安防一體機。
太赫茲是什麼？它是怎麼做到無接觸測溫和安檢的？今天我們就來聊一聊。
安檢界的“天選之子”
太赫茲，是電磁波家族中最神秘的成員。
現代社會中，電磁波對於大家來說並不陌生，它雖然看不見摸不著，但就像空氣一樣，時時刻刻存在於我們的生活之中，並且已經被廣泛地開發利用，我們日常使用的手機通信，依靠的是無線電；而微波爐加熱食物用到的是微波；去醫院做胸透成像檢查時，常常用到X光。
而太赫茲是指電磁頻率上0.1-10THz的電磁波，介於微波和紅外線之間，波長範圍為0.03-3mm，直到19世紀末才被命名，是人類迄今為止瞭解較少、開發較少的一個電磁波段。
這麼晚才被命名和開發，不是因為太赫茲不優秀，不配擁有姓名。而是因為它太特別了——夾在微波和紅外線兩大電磁波之間，既不完全適合用光學理論來處理，也不完全適合微波的理論來研究。
隨著人類科學技術的進步，尤其是微加工、納米技術的發展，近20年來，制約太赫茲技術發展的瓶頸相繼被突破。
於是，太赫茲技術得以橫空出世。一上來就讓人對其性能驚歎不已。
從空間分辨率的角度來看，太赫茲比傳統的微波、毫米波的波長要短，所以用太赫茲進行成像空間分辨率高；從穿透能力來看，它比紅外和可見光的波長要長，所以穿透能力強；在安全性方面也好於X射線。顯然，太赫茲是蘊含眾多獨特優點的電磁頻段。
圖為電磁波不同波段性能比較
這也註定了太赫茲將成為一項顛覆眾多領域的新科技，被美國評為“改變未來世界的十大技術”之一，被日本列為“國家支柱十大重點戰略目標”之首。中國、澳大利亞、韓國等也紛紛在此領域發力，國際上已有100多個研究組從事太赫茲相關領域的研究。
太赫茲技術的開發和利用，首先讓一個行業陡然一變，那就是安檢。
長期以來，全世界的安檢其實都陷入到深深的困擾中：如何才能兼顧安全、快速、有效？
從美國的經歷中可以窺出安檢安防存在的困境。
時間回到2009年12月25日，在一架從荷蘭阿姆斯特丹飛往美國密歇根州底特律的A330寬體客機上，一名男子試圖引爆一個爆炸裝置，不過該裝置失靈，未發生劇烈爆炸，只是造成包括此人在內的數人受輕傷。
後來調查發現，犯罪嫌疑人是將爆炸物藏在內褲中避過了安全檢查，並且登上了飛機，這起事件對傳統安檢技術造成了很大沖擊。
此事過後，美國加強了航空安檢措施，並開始在各大機場運行X射線人體掃描儀，但X光一是會對人體產生電離輻射導致健康危害，二是X光成像的清晰度對人體隱私構成了嚴重威脅，由此引起了不小的爭議。隨後，用X光掃描人體被叫停。
現在全世界絕大多數的安檢程序是這樣的：人先通過金屬安檢門，由工作人員用手持式探測器檢查或進行人工探摸，物品則由X光檢查，這樣不僅費時費力，在安檢人員的探摸過程中也容易引起被檢人的不適甚至侵犯隱私。
從最近幾年來看，歐美公共場所頻頻發生的暴恐襲擊已經說明，現有的安檢體系存在不小的漏洞，難以應對愈來愈嚴峻的全球安全形勢。
難道人體安檢真的沒有一種安全、有效的形式嗎？
太赫茲顯然就是“天選之子”。
它能像X射線一樣輕易穿透紙張、衣服和部分塑料等材料，還不會有電離輻射帶來的健康隱患，即便最脆弱的生物樣本也可以安全使用它。
更重要的是，太赫茲安檢成像能做到分辨率小於1釐米，即一個硬幣大小的物體都能被辨識。同時，太赫茲探測技術具有普適性，人體衣物內藏匿的陶瓷、液體、粉末、炸藥乃至體積較小的打火機都可以被太赫茲探測出其形狀與位置。
當然，安檢還只是太赫茲技術應用領域的“冰山一角”。它還可以應用在通信、雷達監測、生物醫療等領域，並且還將在軍事和空間方面有重要應用。
比如在生物醫學領域。太赫茲波可以用來區分人體的一些病變細胞和健康組織，為皮膚癌、乳腺癌、燒傷組織診斷提供判別依據。其中，太赫茲成像裝置可以在癌症早期就做出診斷，不需要切片檢測，為一些癌症的早期無痛檢測帶來了曙光。
圖為乳腺癌的病理學圖像和太赫茲圖像（均為乳腺癌組織的局部放大100倍後的圖像）
在軍事領域，太赫茲在沙塵、霧霾等天氣條件下相對於紅外和可見光的良好穿透性使得其成為指引作戰直升機盲降的新工具，成為美國DARPA的一個重要研究方向；太赫茲機載合成孔徑雷達的高分辨視頻成像能力將可能帶來機載成像雷達的重大技術革新；太赫茲通信系統和雷達系統都將可能成為軍事衛星的重要載荷。
圖為1/72比例T80坦克模型的太赫茲逆合成孔徑雷達成像圖源：新華網
應該說，在能想到的和想不到的領域，太赫茲技術都能有很廣泛的應用前景，甚至有科學家拿它來對食品中的地溝油、蔬菜水果中的殘留農藥、奶粉中的三聚氰胺等進行檢測。連2019年轟動一時的人類歷史上首個黑洞照片都是用太赫茲波段的望遠鏡觀測生成的。
太赫茲真這麼牛？
太赫茲技術真這麼牛？我們不妨拿它與技術發展相對成熟的安檢產品來比一比。
研究人員曾對博微太赫茲信息科技有限公司（以下簡稱“博微太赫茲公司”）生產的被動式太赫茲安檢儀進行了一系列驗證。
博微太赫茲公司是中電科旗下企業，其太赫茲技術廣泛應用於軌交、醫院等大客流安檢場景，是國內太赫茲安檢領域的翹首。
安檢設備的輻射問題，是公眾首先最關心的，那被動式太赫茲安檢儀真的沒有輻射嗎？
目前，通常人們講的安檢輻射，是指安檢設備運行產生的電磁輻射和電離輻射，過量輻射會影響人的視覺系統、心血管系統和生殖系統等，對人體健康造成不可逆的損害。實驗人員拿著一臺輻射測量儀，在被動式太赫茲安檢儀內的黃色區域停留、旋轉。
實驗人員使用的電磁輻射測量儀非常敏感，把接通的電話放到儀器旁，儀器數值不僅發生變化，還發出了陣陣鳴叫。
但在實驗者在安檢儀內旋轉過程中，輻射測量儀的數值一直顯示為0。可以說明，被動式太赫茲安檢沒有產生可以測量到的輻射，因為它利用的是人體自身發出的太赫茲波，而並不對人體進行電磁波照射。
太赫茲安檢儀的第二個優勢是具有寬泛的安檢範圍，不僅能像傳統安檢儀器那樣檢查出金屬違禁品，而且可以檢測藏匿的炸藥、毒品等非金屬違禁品。
實驗者攜帶仿製槍具進入安檢空間，安檢儀立刻報警，並在屏幕上顯示出了違禁品的具體位置——實驗者的後背！
博微太赫茲公司的太赫茲安檢儀是怎麼做到這些的？
原來人體本身就會發射太赫茲波，當人體攜帶物品時，物品本身對太赫茲波有不同程度的吸收和阻攔，經設備接收並計算轉化後，使得太赫茲成像中對應物品與人體背景之間產生強度的對比，物品的形狀和位置也就得到了探知，實現對違禁品的安檢。
這就如同照相機一樣，太赫茲安檢儀運行時就相當於給人體錄了一段“太赫茲影像”，從影像中就可以直觀地看到人身上藏匿物品的形狀、大小和位置。
受制於太赫茲技術發展瓶頸，太赫茲安檢儀對違禁品的檢測尚停留在回答有沒有的階段，暫時無法檢測出違禁品的物化性質，但這種可能性正離我們越來越近。在未來，太赫茲安檢儀有可能告訴我們乘客拿的是白糖還是毒品，甚至還可以鑑別出毒品的種類！
這是因為毒品在微觀上通常是有機大分子，毒品的有機分子間存在的弱相互作用及大分子的骨架振動等導致不同毒品對應在太赫茲波段將出現不同的吸收譜，通過對吸收峰的識別可以判別未知樣品是否是毒品以及是何種毒品。
下圖就是11種毒品樣品的太赫茲吸收峰所在頻率位置。
同理，根據不同爆炸物的折射率、吸收係數等豐富的光譜和結構等信息，太赫茲技術也將可以被用來探測和鑑別爆炸物。下圖為不同種炸藥在0—2.5THz內的特徵吸收峰頻率。
聽起來很燒腦吧？但就這麼管用！
無輻射、非接觸、不停留的太赫茲安檢“神器”，讓乘客在不知不覺中就完成了安檢，其科幻範兒像極了《碟中諜5》中讓黑客班吉也難以瞞天過海的安保系統。
太赫茲安檢儀的檢測效率為每小時1500人，是傳統安檢的5倍！引入太赫茲安檢儀，可以減少安檢場所配備的安保人員數目，降低了人力與時間成本，實現減員增效。
以地鐵為例，原來一個入口最少需要配備6名安保人員，通過使用太赫茲安檢系統，可以減少到最多需要3人。現在一個大型城市的地鐵系統，每年投入在安檢上的經費不菲，北上廣深這樣的一線城市就更不用說了，這其中70%多的費用花在了人工上。如果用上了太赫茲這種技術，寶貴的人力就可以在其他方面發揮重要作用。
此外，在實際工作中每個安檢人員的判斷標準可能並不一樣，容易產生木桶效應，同時，人都會疲勞都有情緒，這都是導致漏檢和安檢人員與受檢人員衝突的原因。但機器的標準是始終如一的，從這個角度來說，太赫茲技術不僅提升了公共場所的安全水平，而且可以避免產生一些不必要的糾紛。
通過將太赫茲與生物識別和人工智能技術等相融合，對一系列數據綜合研判後，系統可以對乘客做出“到底是不是存在危害”做出判斷，這對公共安全事件的事前預警也有很大好處。
這項“黑科技”曾被歐美壟斷
太赫茲技術這麼牛，世界各國爭相佈局，歐美國家從90年代中期開始就對太赫茲的研究進行了大規模投入，2000年以後，他們率先掌握了太赫茲波的發生和利用技術，併成功運用於安檢設備，步子邁得快一些，就想“一家獨大”，於是，太赫茲安檢技術從元器件到系統技術就被歐美壟斷了。
中國太赫茲研究戰略的啟動是從2005年開始的，那一年，在由20多位院士參加的第270次香山會議上，專門研討了我國太赫茲科學技術的發展。
5年後，中國電科集團第38所啟動中國太赫茲安檢研發和產業化項目。那時候，國內太赫茲技術剛剛起步，產品研發基礎幾乎為零。從基礎器件到實際應用的各個領域都困難重重，國外的技術保護和技術壁壘讓很多問題都無法解決，甚至改過多次、被論證是可行的技術方案在實施時，發現國內器件供應存在問題，方案也無法推行下去。
太赫茲安檢儀的研發其實相當複雜，涉及諸多的零部件和基礎材料，整套系統包括光學系統、探測系統、電源系統、顯控系統、機架與機箱五大部分，上游產業鏈就是一個覆蓋廣、縱深長的體系，缺一個重要的元器件，可能研發都會受阻。
而當時，我國從太赫茲波發生材料、芯片和器件，到探測器、接收器、濾波器、隔離器等功能器件都不能批量生產，研發團隊費盡周折從國外買來器件時，卻發現國外器件“水土不服”，有很多性能上的問題。
中國太赫茲領域的拓荒者們感覺到了前有歐美技術封鎖，後有其他國家步步追趕的緊迫——不亞於當初中國5G技術、量子通信及高鐵等高科技領域探索者們面臨的壓力。
沒辦法，他們只能走進電子元器件生產車間，向技工師傅學習，親自動手加工製作電子元器件。
這裡面的難度可想而知，比如，被動式太赫茲安檢儀對探測器的要求極高，人體自身發出的太赫茲波功率非常小，在目前的工作頻段內，到達探測器的總輻射功率據估計僅有幾百皮瓦量級，比1瓦低了十個數量級。因此，太赫茲波的探測器必須極其靈敏，研發團隊失敗了無數次，啃了無數硬骨頭，最終一點點攻城拔寨，研發出擁有自主知識產權的太赫茲探測器等一系列關鍵零部件。
2014年5月，僅用了3年多時間，中國電科集團第38所就成功推出中國首臺太赫茲安檢儀，一舉打破了歐美等發達國家的技術壟斷。
但就在研發團隊意氣風發之時，誰也沒想到首臺樣機在實驗應用中給團隊當頭潑了一盆涼水——客戶提出了很多問題，以至於研發人員開始質疑自己的東西是不是有用。
團隊的領頭羊武帥不信邪，他讓科研人員帶著安檢設備走出實驗室，一邊讓人試用提意見，一邊進行改進，歷經成千上萬次的實驗磨合，最終在短短兩年內，實現了產品的兩次更新換代。
2016年12月，依託中國電科38所，作為央企改革試點單位，博微太赫茲公司成立。
2018年4月22日，首款國產太赫茲成像芯片正式發佈，這款芯片在各個關鍵環節都做到了獨立研發、自主可控，可替代進口器件，將顯著提升我國太赫茲人體安檢設備水平。
應該說，雖然領域不同，但中國太赫茲技術跟5G技術、量子通信等一樣，也是沿著從破封鎖，到追趕，再到跟強者平起平坐甚至領先的軌跡發展起來的。然而，後面的軌跡往往是，高科技行業的優秀企業，可能會被制裁。
博微太赫茲公司被列入美國禁運名單，但這絲毫沒有影響這家公司發展的腳步，反而堅定了其持續進行自主創新研發，儘量努力做到核心技術的自給自足，不被卡住咽喉的決心。
將是物聯網時代的“火眼金睛”
除了安檢，在當下，太赫茲技術帶給我們最大想象的就是其在通信方面的應用。
2019年10月，全球首份6G白皮書發佈，標誌著6G的研究已經在路上，這多少有些讓人猝不及防，5G還沒有使用上，轉眼就已經開始研究6G了。
如果說5G時代會實現更快更低時延更高網絡容量的通信，那麼6G的目標是實現萬物互聯。僅從流暢度和傳輸速度上來講，6G有望達到5G的10倍甚至百倍。
美國研究機構Forrester預測，到2020年，全球範圍內“物物相聯”的業務量將是“人與人通信”業務量的30倍，全球物聯網市場規模將增長至3.04萬億美元（摺合人民幣約21.1萬億元），將成為下一個萬億級產業。
太赫茲通信應用場景分為三個方面：
一是無線接入、光纖替代場景。“未來太赫茲峰值速率可能達到Tbps以上，適合超高速無線通信，光纖難接入或接入成本過高帶來的通信問題可迎刃而解
二是星間通信、空天地一體化通信。太赫茲波在外層空間中可做到無損傳輸，在極低功率的條件下就可實現超遠距離傳輸，實現星間通信。太赫茲波進入大氣層後，由於大氣折射、吸收、降雨、雨霧和大氣噪聲的影響，地面無法監聽信號。由於太赫茲波長較短，天線系統可以實現小型化、平面化，搭載於衛星、無人機、飛艇等平臺，以此作為無線中繼設備，穿透通信黑障，實現空天地一體化通信。
三是微小尺度通信、萬物互聯。基於太赫茲波長極短的特點實現毫微尺寸太赫茲收發信機與天線，可以進行片上通信、可穿戴或植入太赫茲設備、微型電子設備間通訊，在極短距離範圍內實現超高速數據鏈應用。可用於從宏觀到微觀尺度的萬物互聯。
也就是說，當人類邁入“太赫茲時代”後，真正的萬物互聯就來了！
5G是“物聯網”的初始時期。雖然媒體們早早就提出了“萬物互聯”的概念。但5G技術所能提供的連接數大約是100萬個連接/平方公里——在人口稠密的大城市，這個量級的連接數還是不夠的。真正能做到將每一個燈泡和遙控汽車都連入互聯網，恐怕還要等網絡容量更大的“太赫茲時代”來臨才行。
應該說，太赫茲技術其實就是一種超高級的感知能力，而物聯網獲得突破的關鍵之一就是感知能力，這種非接觸深度感知技術，就是物聯網的“火眼金睛”。
對於太赫茲，我們瞭解的還是太少了!
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