太赫兹波——令人瞩目的未来战争新宠

太赫兹波，泛指频率位于红外线和微波之间的电磁波，处于宏观电子学向微观光子学的过渡阶段。

由于处于交叉过渡区，太赫兹波既不完全适用光学理论来处理，也不完全适用微波理论来研究。很长一段时间，人们对太赫兹波的认识非常有限，形成了“太赫兹空白”。

近年来，太赫兹波以其独特的性能和越来越广泛的应用受到世界各国的关注，特别是在军事领域受到推崇。

拥有独特性能

太赫兹波技术之所以引起科学界的广泛关注，是由于太赫兹波频率要高于微波，低于红外线；能量大小则在电子和光子之间，与其他频率的电磁波相比，其性能非常独特。

高穿透性。太赫兹波对许多介电材料和非极性物质具有良好的穿透性，可对不透明物体进行透视成像，是X射线成像和超声波成像的有效补充。

低能量性。太赫兹波光子能量仅为X射线光子能量的1%左右，太赫兹波的辐射不会导致光致电离而破坏被检质，非常适用于针对人体或其他生物样品的检查。

吸水性。水对太赫兹波辐射有极强的吸收性，这使得太赫兹波不易穿透含水物体。

瞬态性。太赫兹波脉冲的典型脉宽在皮秒数量级，通过取样测量技术，能够有效抑制背景辐射噪声的干扰。

相干性。太赫兹波的相干性源于其相干产生机制，能够直接测量电场的振幅和相位，从而方便提取样品的折射率、吸收系数、消光系数、介电常数等参数。

光谱分辨特性。许多有机分子的振动和旋转频率都在太赫兹波频段，通过特有的光谱特征，可识别分子结构并分析物质成分，具有指纹般的唯一性，就像利用指纹可识别不同的人一样。因此，太赫兹波光谱成像技术不仅能分辨物体的形貌，还能识别物体的组成成分。

太赫兹波的这些独特性能，将给通信、雷达、电子对抗、电磁武器、反恐维稳等领域带来深远影响。

技术突飞猛进

随着对太赫兹波价值认知的不断深入，各国纷纷加快了对这一波段的探索。从20世纪90年代中期开始，美国国家基金会、航天局、国防部和国家卫生学会等政府部门或组织，对太赫兹波研究项目持续提供较大规模的资金支持，太赫兹波技术被评为“改变未来世界的十大技术”之一。欧洲国家除了各国自己所支持的研究项目外，还利用欧盟的资金共同组织了大型的跨国界、多学科合作研究项目。我国也专门制定了太赫兹波发展规划，加大研究力度，目前在应用领域已经有了大的突破。

近年来，太赫兹波应用范围已从基础科学逐渐向武器装备、航空航天、雷达探测、通信、反恐缉毒等方面扩展。

建立目标数据库。世界各国广泛开展各类目标在太赫兹波频段散射特性的研究，建立相关的目标特性数据库，对于研究武器装备在太赫兹波频段隐身与反隐身突防具有重要作用。

建立特性实验室。美欧等国已经建立了多个太赫兹波特性实验室，比较典型的有美国麻省罗尼尔大学所属的太赫兹波实验室，建立了多套连续太赫兹波实验装置，并对多种频率的目标特性进行了深入研究。

重点发展成像技术。利用太赫兹波成像可有效地对爆炸物、生化制剂以及枪支刀具等危险物品进行预警、识别。英国ThruVision公司曾展示了一种利用太赫兹波成像技术的新型安检系统，能在3至15米的安全距离对人群成像，并筛选出隐藏了不明物体的人员。

重视雷达领域应用。太赫兹波雷达技术的发展，无论在国防军事领域还是公共安全领域，无疑都已带来令人瞩目的新变化。太赫兹波雷达系统以其小型轻量、高分辨率等优势，应用于航天器自身威胁告警以及弹道目标监测，将成为空间攻防体系建设的重要研究目标。未来，太赫兹波雷达将重点突破大功率、小型化器件，实现对更小目标的更精确探测、更高分辨率成像和更细致目标特征识别。

随着科学技术的不断发展，太赫兹波领域的新理论、新现象、新方法和新应用层出不穷。在可预见的未来，谁能在这一重要战略前沿领域占据制高点，谁就有可能在未来作战中掌握主动权。

军事应用广泛

太赫兹波的独特性，使其在军事领域的应用前景非常广阔，能给爆炸物探测与鉴别、远程探测与成像、战场和卫星通信、导弹末端精确制导以及反恐怖袭击安全检查等方面带来深远影响。

探测和鉴别爆炸物。太赫兹波的频率很高、波长很短，具有很高的时域频谱信噪比，且在浓烟、沙尘环境中传输损耗很低，可穿透墙体对房屋内部进行扫描，是复杂战场环境下寻敌成像的理想技术。目前，太赫兹波已能识别出50多种爆炸物，利用太赫兹波照射路面，还可远距离探测地下的雷场分布和炸弹情况。

远程探测与成像。应用太赫兹波技术设计宽带雷达，可比微波雷达具有更宽的频谱、更高的时间检测精度和分辨率。应用吸波材料设计的隐形飞机、舰船等，使得常规窄带雷达对其不能进行有效探测，但应用太赫兹波技术设计宽带雷达，由于具有丰富的频率分量，可使得隐形军事目标的吸波涂层失去作用，对现有隐身技术产生颠覆性影响。

战场和太空通信。太赫兹波集成了微波通信与光通信的优点，具有传输速率高、容量大、方向性强、安全性高及穿透性好等诸多特性，可在大风、沙尘及浓烟等恶劣战场环境下，以极高的带宽进行定向、高保密军事通信。此外，太赫兹波在外层空间传输损耗比在大气中传输小很多，且能量集中、方向性强，与微波相比更利于应用在太空通信领域。

导弹末端精确制导。由于太赫兹波具有波束窄、方向性强等特点，采用太赫兹波与红外制导、电视制导、激光制导等相结合的方式，远端采用常规制导方法，接近目标后使用太赫兹波修正，既可提高制导的准确性，又可避免大气对太赫兹波的吸收，进一步提升导弹攻击的准确性。

反恐怖袭击安全检查。太赫兹波是天生的反恐安检“专家”，许多爆炸物及其相关成分和毒品在太赫兹波段都有指纹谱，再加上太赫兹波的非电离性、强穿透性，可使其在机场、车站、码头等人口密集区提供远距离、大范围的预警。现有金属探测器和X光安检设备无法识别的陶瓷刀具、塑料炸药等新型作案工具或武器，在太赫兹波下则变得“透明”。利用太赫兹波成像技术可有效地对隐藏在衣服下、包裹中的违禁品进行成像鉴别，同时还能保证对生物体危害极小。(赵林 侯俊石)

移动通信黑科技：与手机隔空交互，灯泡就是热点

文·图/沈臻懿

不知不觉间，人们家中的固定电话似乎已经成了一种摆设，甚至对于家中的电脑，人们开机进行浏览的频次也有着逐渐下降的趋势。这一切事项的替代者，都源于移动通信的高度发达。从曾经的2G、3G，到4G的普及，再到5G时代的迈入，移动通信早已与人们日常生活紧密相连。各类移动通信黑科技的层出不穷，也在时刻向世人展现着这一领域的科技魅力！

而今，离网通信新技术、超声波手势识别技术、Li-Fi技术等各类移动通信黑科技的问世，将在未来为人类带来新的惊喜。

没有信号照样聊天的离网新通信

春晚小品中“移动电话要移动着才有信号”的经典台词，调侃的即是移动通信所依赖的无线网络的不稳定性。离开了网络和信号的智能手机可能还不如一块板砖，无论是即时通信、移动通话，抑或上网浏览、网上购物、在线手游等功能统统歇菜。一般情况下，没有网络信息至多给人们的日常生活带来若干不便之处。但对于野外的户外探险者而言，失去了信号和网络则意味着失联的潜在危机。面对网络不畅，或者身处户外无信号的情况，我们又将如何保持畅通的移动通信呢？

近期，一个来自加拿大的科学家团队研发了一款名为Sonnet的新神器。作为一款离网通信设备，其有别于普通移动设备的远程无线通信技术，且无须依赖移动基站。Sonnet借助于长距离无线电技术的介入，可实现设备和设备之间的数据信息传输。这一黑科技在应用时，需要首先将Sonnet和智能手机互联，自组出一个专属局域网平台后，即可同更多拥有Sonnet的小伙伴们进行文字、图片发送，语音通话，位置定位，数据传输等。这些操作的完成，既不依赖于通信基站、卫星服务和蜂窝数据，也无须支付任何费用。

Sonnet离网通信设备的点对点传输距离为5000米，如果两部设备之间所处的地形为平原空旷地带，传输距离还可进一步加长，达到1.5万米。我们不妨脑洞大开，在这种两两设备间的数据中转模式下，使用Sonnet的用户越多，数据信息能达到的区域也就越广。如果有足量的离网通信设备，实现全球通也不是没有可能。若真有那么一天的话，移动通信运营商便可退出时代的舞台。

不过，通过离网通信方式进行传输的数据，其安全性是否能够得到保证呢？针对这一问题，研发人员对离网通信设备之间的信息传输采用了AES256位（Advanced Encryption Standard，高级加密标准，缩写：AES）的加密方式，以确保移动通信的隐私性和安全性。

对于野外的户外探险者而言，失去了信号和网络意味着失联危险的来临

像魔术师般隔空操控的超声波手势识别技术

从实体按键、触屏操控到语音控制等方式，人们与智能手机之间的交流互动也在不断更新换代。随着当前移动通信中超声波手势识别技术的兴起，人们或许不再需要触摸手机，即可像魔术师般对其进行隔空操控。在手势识别的研究中，人们尝试了视频手势识别、红外手势识别、超声波手势识别等多种技术方案。

同超声波手势识别相比，视频手势识别和红外手势识别有着致命的缺陷！视频和红外的手势识别，都需要借助集成在智能手机内的摄像头。然而，这两种识别方式都受制于光线的影响。摄像头在夜晚微光环境下识别效果不佳，红外则受制于户外强光的影响，皆无法做到一天24小时的全天候应用！就环境适应性来说，超声波这一人们无法直接听到的声音，显然优于视频和红外两者。

超声波扬声器、麦克风和识别软件是超声波手势识别技术中必不可少的“三剑客”。集成在智能手机内的超声波扬声器发射出的超声，在碰到使用者的手部后，声波会发生回弹，麦克风则可收集这些回声，并配合识别软件来感应使用者的手势动作。当使用者用手势隔空与智能手机进行交互时，超声波手势识别技术可实时通过计算使用者的手在手机屏幕前活动的声音速度与频率，检测并识别出每一手势的三维位置，从而实现隔空解锁、拨打电话、视频暂停、调节音量等功能。

此外，超声波手势识别技术还可精确识别出使用者极其细微的手势动作，且其识别有效区域达到了180度，最远可延伸至0.5米之外的手部活动。或者在未来的某一天，当我们看到有人在有规律地做着各种手势时，其可能正在隔空操控着智能手机的使用。

使用者用手势与智能手机隔空交互

有望让Wi-Fi“退休”的Li-Fi技术

试想一下，一旦没有了Wi-Fi，我们在日常生活中是否连衣食住行都将成为问题？难怪乎，有人已将Wi-Fi放置在马斯洛人类需求中比生理需求更低层次的位置。当我们初到一个新地方，往往脱口而出的第一句话就是，“这里Wi-Fi密码是什么”。不可否认，Wi-Fi对移动通信产生了巨大的影响。只要有Wi-Fi的存在，快餐店都可以成为人们的办公场所。但与此同时，抱怨Wi-Fi热点少、使用人多，信号覆盖面小，上网速度慢，信号不稳定等问题的人也愈发增多。那么，有没有一项新科技能够既继承Wi-Fi的优势，又完美弥补Wi-Fi的短板问题呢？或许，Li-Fi技术有望延续Wi-Fi的脚步，成为移动通信的未来！

Li-Fi技术，即可见光无线通信（Light Fidelity）的简称，是一种利用可见光通信系统（Visible Light Communication，VLC）来实现互联网信息传输的新科技。Li-Fi这一新技术的命名方式，乍一看，就是模仿Wi-Fi所起的名字。它的功能作用也和Wi-Fi一样，都是通过无线方式来传输网络信号，从而让使用者的移动终端可以接入互联网。

想象一下，当我们站在客厅的电灯下半分钟，就已下载好一部高清电影，这将是一种怎样的体验？虽然这一场景听上去极为科幻，但Li-Fi技术的问世，使前述场景即将成为现实。届时，我们生活中的每个灯泡都将成为互联网的来源。

Li-Fi技术的原理与电视遥控器较为接近。数据被调制为光源后，以光信号方式进行传输，再由感光器接收重组为电信号。但与遥控器所使用的红外线不同的是，Li-Fi技术利用的是可见光。其通过在普通LED灯泡上植入微小芯片，控制其以每秒百万次频率进行闪烁——灯亮即为1，灯暗即为0，以此对应二进制数据。由于灯泡闪烁的频率极高，因此对于人们肉眼的感官并不会出现异样。Li-Fi技术可借助无处不在的LED灯形成类似于Wi-Fi热点的设备，移动终端即可随时联入网络，LED灯也就成了移动互联网的入口。与Wi-Fi利用无线信号上网不同的是，Li-Fi技术则是利用光源来上网。通俗来讲，只要打开电灯开关，就可以接入互联网。这也难怪作为一家以LED灯泡和照明技术闻名的飞利浦公司，将计划为整个法国范围内的办公室环境提供互联网，而其最为倚重的，就是电灯！

与当前移动网络所使用的Wi-Fi相比，Li-Fi技术有着自身的明显优势。Li-Fi所使用的光保真技术，是一种新兴的无线协议。其依赖可见光谱来提供无线网络接入服务，所使用的可见光频谱、频段的范围极宽，宽度达到了当前Wi-Fi的1万倍。这能够令Li-Fi具有极高的传输速度，从理论上来说达到了Wi-Fi速度的100倍。LED灯极低的发热量，使得Li-Fi技术不需要对设备进行冷却也可稳定运行，且具有很高的能量转化率，在节能方面比Wi-Fi有着更为明显的优势。不过，由于Li-Fi技术依托的是可见光光谱，故其不会穿透墙壁。这对习惯于Wi-Fi“蹭网”的人来说，估计不是一个“好消息”。但能够被墙壁阻隔光线的Li-Fi，同时也为用户提供了更为安全、可靠的数据传输保护，并且可有效避免受到黑客的攻击。

此外，Li-Fi技术在水下互联网通信方面也有着极为广泛的应用前景。我们大部分人拥有的基础物理学知识告诉我们，光是可以在水中进行传播的，但Wi-Fi的无线电信号则会被水所吸收。一旦Li-Fi技术在水下互联网领域中广泛应用，即有可能彻底颠覆当前水下航行器之间的通信方式。

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