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频率位于0.1～10 THz的太赫兹波是电磁波谱中最后一段未被充分利用的波段。起初人们对太赫兹辐射源和探测器的研究尚不充分，通常称该波段为太赫兹空隙（THz gap） [41] 。20世纪80年代，高功率太赫兹辐射源问世，科学家们对太赫兹技术的研究开始变得广泛而深入。由于太赫兹波处于电子学向光子学的过渡区域，太赫兹辐射源一部分是由红外波段的气体激光器、量子级联半导体激光器发展而来的，另一部分则由微波波段的行波管、返波管等真空电子器件 [42] 发展而来。此外，得益于超快激光技术的发展，基于超快激光脉冲的光电导天线 [43-44] 、光整流非线性晶体 [45] 也成为非常重要的宽谱太赫兹脉冲辐射源，由此发展出的太赫兹时域光谱技术为物质结构和性质的探索提供了非常有效的测试分析手段。它作为一种非接触式的相干探测技术，可以同时获得太赫兹脉冲的振幅谱和相位谱信息，且具有大带宽、高信噪比和超快时间分辨能力，大大促进了太赫兹技术在生物医学、国防安全、工农业检测、信息技术和天文等领域的发展，如图1.7所示。
图1.7 太赫兹技术在各个领域的应用 [51]
在生物医学领域，很多DNA、氨基酸等生物分子的转动能级和蛋白质等大分子的振动能级落在了太赫兹波段，因此太赫兹波的指纹谱特性可以用于物质鉴别。King等通过测量DNA的太赫兹吸收谱对其中的序列进行了分析 [46] 。深圳大学的孙一翎等通过太赫兹吸收谱监测抗体蛋白与抗原结合的动力学行为 [47] 。此外，由于太赫兹波对水的吸收能力较强，其在皮肤癌诊断、蛀齿诊断、骨密度测量等方面也有突出的表现 [48] 。在农业领域，太赫兹波被用于识别转基因种子、杀虫剂、有害化合物和有毒植物，还被用于土壤中重金属的检测和埋藏物体的识别 [49] 。随着高功率太赫兹辐射源和高性能探测器的出现，人们还可以用其监测植物整体的水分状况，以评估作物产量。在食品行业，太赫兹波可以用于水分检测、异物检测和质量控制，还可以用于检测有害化合物、抗生素和微生物等 [50] 。
太赫兹光子能量低，相比于X射线安全性更高。它可以轻松穿透诸如衣物、陶瓷、塑料等物品，而对金属制品则表现出高反射的特性，因此太赫兹安全检查有很大的应用市场。目前，太赫兹人体安检仪采用被动或主动成像的方式，已在机场、地铁站、火车站等场所投入使用。此外，太赫兹技术也被用于进行缺陷检测、文物检测、爆炸物检测、原油检测等多种工业场景 [52-54] 。
太赫兹频段具有极大的未被分配使用的通信带宽，作为信息载体能够支持1 Tbit/s的数据传输速率，比5G提升10～100倍，而且具有更好的保密性及抗干扰能力。因此，太赫兹通信是下一代宽带无线通信的关键技术和空间卫星通信链路的重要解决方案。三星电子、华为等公司及中国工程物理研究院、电子科技大学等学术研究机构已进行了相关的通信演示。
总之，太赫兹波在电磁波谱中的特殊位置赋予其重要的研究价值和应用前景。太赫兹技术已成为各国高度重视的变革性技术，对维护国家安全和促进国民经济发展具有重大的战略意义。