2026 年 5 月，瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）的研究人員成功將一台桌上型飛秒雷射系統縮小到芯片尺寸，實現了晶圓級超快雷射的里程碑。幾乎同一時間，另一組研究人員開發了一種緊湊型量子超表面探測器，使太赫茲輻射更容易被檢測。這兩項看似不相關的突破，指向同一個方向：太赫茲（THz）頻譜——這個長期被稱為「THz 空白」的電磁頻譜區域——正在從實驗室好奇心轉變為具有商業可行性的技術平台。
THz 頻譜（0.1-10 THz）位於微波和紅外光之間，長期以來困擾著工程師：微波技術在高頻端失效，而光學技術在低頻端無能為力。填補這一空白，意味著解鎖一系列曾經無法實現的應用——從比 5G 快兩個數量級的無線通信，到可以「看穿」包裹而無需打開的安全掃描儀。
THz 頻譜的物理學困境
太赫茲頻譜之所以長期無法被有效利用，根源在於一個基本的物理學問題：傳統的電子器件無法在 THz 頻率下高效工作，而光學器件也不適用於這一頻段。
在半導體器件方面，傳統晶體管的截止頻率限制了其在 THz 範圍的應用。矽基 CMOS 工藝的最高振盪頻率約為 0.3-0.5 THz，且在此頻率下的輸出功率急劇下降。砷化鎵（GaAs）和磷化銦（InP）等化合物半導體可以達到更高的頻率，但製造成本和集成難度顯著增加。
在光學方面，傳統的量子級聯雷射器可以產生 THz 輻射，但需要低溫冷卻，體積龐大且功耗高，無法滿足商業應用的需求。
這種「電子-光學鴻溝」使得 THz 頻譜成為電磁頻譜中最後一個未被充分開發的資源。
EPFL 芯片級飛秒雷射的意義
EPFL 研究團隊在 2026 年 6 月發表的成果代表了一個關鍵突破。他們在氮化矽光子芯片上集成了一台飛秒雷射系統，性能可與傳統的桌上型飛秒雷射相媲美。飛秒雷射是生成 THz 輻射的核心技術之一——它可以產生極短的光脈衝，通過非線性光學效應轉換為寬頻 THz 脈衝。
芯片級集成意味著三個關鍵優勢：
- 尺寸和成本大幅降低：從佔據整張實驗台的光學平台縮小到指甲蓋大小的芯片，製造成本從數十萬美元降至數百美元
- 可靠性和穩定性提升：集成光路消除了光學對準的穩定性問題，使 THz 系統可以在非實驗室環境下運行
- 量產性：採用標準的 CMOS 兼容製造工藝，可以實現大規模生產
這項突破使 THz 系統從實驗室專用儀器走向商業化應用的大門打開。
量子超表面探測器的突破
與 THz 生成同樣重要的是 THz 探測。EPFL 和其他研究機構開發的量子超表面探測器通過一種特殊的超表面結構，將入射的 THz 能量聚焦到微小的活性區域，大幅增強電信號的產生。
傳統的 THz 探測器需要低溫冷卻才能達到可用的靈敏度。而新興的量子超表面探測器可以在室溫下工作，同時保持足夠的靈敏度用於實際應用。這對於商業化部署至關重要——能夠在室溫下工作的探測器意味著可以整合到手持設備和便攜系統中。
THz 通信：6G 的物理基礎
THz 頻譜在通信領域的應用可能是其最大的商業驅動力。5G 網絡使用的毫米波頻段（24-52 GHz）已經提供了每秒 Gb 級的峰值速率，但 THz 通信可以將數據速率推至每秒 100 Gb 甚至 1 Tb——比 5G 快兩個數量級，比光纖更快。
然而，THz 通信面臨嚴峻的傳播挑戰。THz 信號在大氣中的衰減極高，特別是受到水蒸氣的強烈吸收。在 0.3 THz 以上，大氣傳播距離被限制在數百米以內。這意味著 THz 通信的應用場景與傳統蜂窩網絡有本質不同——它更適合短距離、超高容量的鏈路，如室內高速數據傳輸、數據中心互聯和最後一米的超高速接入。
另外一種思路是將 THz 通信與衛星結合。在太空中，沒有大氣水蒸氣的吸收問題，THz 頻譜可以提供前所未有的星間鏈路帶寬。Muon Space 和星鏈等運營商已經開始研究將 THz 鏈路用於衛星間的數據傳輸。
安全檢查與無損檢測
THz 輻射可以穿透多種非金屬材料——衣服、紙張、塑料、木材——而不會產生 X 射線那樣的電離輻射。這使得 THz 成像成為安全檢查的理想工具。
與 X 射線相比，THz 成像的獨特優勢在於它可以提供光譜信息。不同的材料在 THz 頻段具有獨特的吸收指紋，因此 THz 掃描儀不僅可以檢測隱藏物體的存在，還可以初步識別其材料成分——區分炸藥、麻醉品和普通有機物。
在工業領域，THz 無損檢測可以檢測複合材料中的分層、裂紋和缺陷，應用于航空航天和汽車製造的質量控制。波音和空客已經開始研究 THz 檢測系統用於碳纖維複合材料的在線監測。
產業現狀與關鍵參與者
THz 技術產業化仍處於早期階段，但 2026 年出現了幾個值得關注的信號：
通信設備製造商，包括華為、NEC 和愛立信，已經開始將 THz 研究納入其 6G 預研路線圖。華為在 2025 年展示了 0.3 THz 頻段的 100 Gbps 無線傳輸演示。
半導體公司正在開發 THz 專用芯片。英特爾和 GlobalFoundries 都在探索利用標準 CMOS 工藝在 0.1-0.3 THz 範圍實現集成電路，而 III-V 族半導體公司則專注於更高頻率的解決方案。
太赫茲成像初創公司，如 TeraView 和 Menlo Systems，正在將 THz 安全掃描系統商業化。TeraView 的 TeraPulse 系統已應用於製藥行業的塗層質量檢測。
前瞻展望
THz 技術正處於從基礎研究向商業化應用的過渡期。以下是未來幾年的關鍵里程碑預測：
2026-2028 年：實驗室突破轉向原型驗證。 芯片級 THz 系統開始走出實驗室，應用於特定的工業和科學應用。首批 THz 安全掃描儀可能在機場和重要場所得以部署。
2028-2030 年：6G 標準定義期。 3GPP 等標準化組織將在 6G 標準中納入 THz 頻段，但僅限於短距離和固定場景。THz 將作為毫米波以上頻段的補充而非替代。
2030 年之後：THz 通信商業化。 首批 6G 商用網絡開始使用 THz 頻段，主要集中在室內熱點和數據中心互聯。與此同時，THz 成像技術可能在醫療診斷（無創皮膚癌檢測）和製藥質量控制中實現更廣泛的商業化。
THz 頻譜的開發是一個典型的「基礎設施先行」的故事——就像 5G 的部署需要先於殺手級應用的出現一樣，THz 技術的商業化需要先解決生成、探測和集成的基本問題，然後才能釋放其全部的應用潛力。2026 年的多項突破表明，這一基礎設施建設正在加速進行。
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