我的電子情人夢(18) – 太赫

回顧60年代科幻片的始祖《星際爭霸戰(Star Trek)》，所標榜的宣言：

" To boldly go Where No Man Has Gone Before "。

這部個人超喜愛的影集最厲害之處就是事事講求科學的推演推斷，決不亂瞎掰；而且，經過”時間老人”的證實，很多地方還經的起考驗呢。60年代影集還出現手機的雛形呢。

話說人類在”電波”與”光”的發展路途上相當極致，電波從高頻、微波、毫米波；而在光的探索從可見光、紫外線到高達10PHz的X射線；然而，就在電波往上看 以及 光往下看之間卻存在著一個神秘的地帶，有人還以”指紋頻譜 “來戲稱。

在”電波”與”光”之間的這塊神秘地帶，無妨稱之為『太赫(Tera Hertz) 』頻帶，早期這是人類未曾探索過的一段陌生頻譜。

人類從低頻一路走到高頻與微波的電波應用，大家都相當熟悉。家用電話、微波爐、手機、藍芽、無線網路Wi-Fi、手機3G/4G/5G、就是眾所熟悉的應用。而從另一端高峰往下看，人類在紅外線相機、太陽能、LED、光通信甚至醫療的X射線，大家也都不會陌生才對。換句話說，人類在波長極短與極長的兩端，都有一定的認知與運用。

而這個未踏足的『太赫』領域，能夠帶來怎樣的新應用呢？

任何的頻帶，離不開定義、特徵(特性)、還有應用暨開發現場等多個層面。怎麼來認識這個陌生的秘密地帶。

當然，先從太赫的定義來說起囉。

事實上，似乎並沒有很精準的定義；所知大約有兩套的說法。

之一，通常是指100GHz ~ 10THz的頻率範圍，也就是波長為30um ~ 3mm的電磁波。若是從頻譜的範圍來看，這一波段該是過去人們所說的次毫米波與遠紅外線的範圍。

另外的第二種說辭，通常是來自學術界或是研究者的論調，它們說介於300GHz ~ 30THz，波長10um ~ 1mm的電磁波。

無論是哪一種說法該不是重點，這個頻帶的”特徵”與”性質”才是要去關心的所在地。

一般來說，3THz以下的電磁波可以穿過紙張或是布衣料，即使對於水泥牆也能從表面滲透到數mm。而0.5THz以上的電磁波有點接近高分子內部的振動，或是分子間的振動模式與能量。是故，當太赫波透過材料時，材料固有吸收帶、反射帶，透過後的頻率頻譜，才有人戲稱為「指紋頻譜」。

因此，這個0.5THZ到3THz領域的電磁波，具有三種特殊的能力可以發揮，分別是：

—. 透視性。

—. 材料確定。

—. 構造分析。

以這種特徵來反觀 X射線，透涉性過高的東西，能量過高的物質種類，很難區分出來。正是由於這個性質，關於各種材料的化學分析，還是信封中的麻醉藥毒品甚至X射線難以檢測出來的塑膠炸彈，像這種安全性方面的用途也可能是太赫(Tera Hertz)波的擅長空間。

當然，在醫學醫療方面當然應該也有潛力來發揮。好比說，研究利用太赫波來攝影身體組織切片的影像，研究如何與癌症細胞的識別之應用。

還有一塊快速成長的版圖，那就是”藝術市場”。隔壁中國大陸的春拍與秋拍，往往有貌仿品讓拍賣公司眼睛發麻，而『太赫(Tera Hertz) 』在藝術市場，與安全性領域一樣，可以發揚的空間甚大。

說來有趣，太赫(Tera Hertz)用於”材料分析”與”安全性領域”的應用研究，也不過是 2000年代前半才開始的。

而腦筋聰穎靈敏的朋友，當然也會連想到太赫在”資料通信”方面的運用，當前所謂大數據(Big Data)的時代，也期望有大容量的無線傳送技術。275GHz以上的電磁波，除了一部份天文學除外，世界上似乎尚未有具體用途上的分配。

這種期待的應用，果真存在嗎？

2012年倫敦奧運，NHK放送技術研究所嘗試實驗SHV(Super Hi-Vision)影像的傳送(8K解析度)。這種非壓縮的場合，『24Gbps』的傳送容量是必要的。若是考量到這般的數字，那個時候能夠想到的無線資料傳送，說穿了該是有兩種選擇吧，也就是毫米波以及太赫的境界領域。前者也就是有人稱為”Wireless HDMI”的一種應用；不過，發展都不順遂。

無線資料通信領域之兵器譜，排行榜排名第一的最後勝出者，就是大家孰悉的Wi-Fi無線網路。因為，Wi-Fi的進化猛勢驚人；Wi-Fi 4(802.11n)、Wi-Fi 5(802.11ac)、WiFi-6(802.11ax)一路挺進。

任何資料通信要加快，不外乎從”時間軸”加速或擴寬”空間軸”。Wi-Fi之所以武功蓋天下，黑科技的密技就在於MIMO進化以及卓越的調變技術。這是題外話。

若是拿太赫與光、紅外線的通信來做個華山論劍，光軸的配合容易度高過可見光；尤其在煙霧中，光容易散亂；而太赫波長較長不容易散亂。特別是水量少有煙的透過力，太赫相當有力。

行文就走到此，少年ㄟ，準備好，勇闖雷霆峰！