电子科技大学陈哲：“太赫兹”波段的“速度与激情”

陈哲的通信人生又迎来了一个新的波峰。第八届中国-英国/欧洲毫米波与太赫兹技术学术研讨会在英国卡迪夫(Cardiff)召开，电工学院博士生陈哲代表团队宣读了题为《一种通信速率Gbps量级的220GHz无线通信系统》的论文，并荣获最佳学生论文奖这是大会仅有的两篇最佳学生论文之一。

通信速率Gbps量级的220GHz无线通信系统到底神奇在何处？大会专家们评价认为，这套系统在国际上都是比较超前的，且是一套完整的系统，无论是关键模块还是实验演示，其指标和性能都非常好。尤其值得注意的是，该系统乃是全自主研发，关键部件的水平接近国际先进水平。

这是我们的骄傲，也是我的幸运！陈哲谦虚地说，电子科大在太赫兹领域具有雄厚的学术基础，再加上课题组以及合作团队老师和同学们的鼎力相助，从而使我们在研究中比较顺利地克服了困难、做出了成果。

神速　每秒3.52G只是太赫兹牛刀小试

在这项研究中，陈哲与团队成员一起努力，通过对无线通信理论、射频前端架构、半导体器件建模、固态太赫兹关键电路实现技术以及系统集成的深入研究，实现了速率为3.52Gbit/s的裸眼3D高清视频信号的实时传输。这就意味着，如果传输一部1.5G的《速度与激情》高清电影，几秒钟就可以搞定。

更神奇的地方在于，它传输的是裸眼3D高清视频信号。所谓裸眼3D就是不用戴3D眼镜即可看到3D视觉效果，让人身临其境地体验到新的视觉冲击。裸眼3D技术被认为是继高清显示技术之后的下一代主流显示技术。陈哲的这项研究成果恰好为裸眼3D信号的高速传输奠定了基础。

然而，这种应用只能算是太赫兹技术的牛刀小试。据了解，该研究成果对太赫兹通信技术走向实用化具有重要意义，为未来移动通信基站数据回传、太空中卫星间通信、个人局域网以及保密通信提供了更大带宽、更高传输速率的可能。

太赫兹（THz）是频率在0.1-10THz（1THz＝1012Hz）的电磁波，波段介于微波和远红外光之间。相比于传统的电磁波和光波，THz波具有较强的穿透性等一系列优点，传输容可比当前的超宽带技术快上千倍，并可探测更小的目标、能够更精确地定位，还兼具更好的保密性及抗干扰能力。陈哲参与研究的这项技术，正是太赫兹在通信中的重要应用。

现在移动通信和宽带无线接入都是在微波频段，频率相对较低。用太赫兹的话，载波频段可以是现有频率的百倍甚至上千倍，提供的带宽也会相应地增大，传输的速率因此会高很多，这就为未来的高速通信提供了很多的可能性。陈哲介绍说。

另外，由于太赫兹的波长更短，在完成同样功能的情况下，天线的尺寸可以做得更小，系统体积也可相应减小。陈哲与团队成员经过努力，实现了基于全固态电子技术的实验系统，这就为未来芯片集成提供了可能性，具有广阔的应用前景。

如果太赫兹通信的电路以后能够集成到手机芯片上，那么，以后人们就可以享受比4G手机快一百倍甚至一千倍的产品这并不是空想，因为相关实验已经验证了可能性！此外，随着太赫兹通信系统技术的进一步成熟和成本的降低，将为通信运营商在边远地区布置基站提供更加灵活方便、经济成本更低的解决方案；如果应用于太空中，由于太赫兹波在空间中的衰减较小，它将为卫星间通信提供了新的通信频段和更大传输带宽的选择。

激情　科研的乐趣妙不可言

2011年底，由电子科技大学牵头承担的863计划信息技术领域主题项目毫米波与太赫兹无线通信技术开发正式启动。这是电子科技大学牵头的第一个上亿元的科研项目，国内十多所高校和研究所共同参与研究。2015年8月底，课题已顺利通过专家组验收。陈哲此次参与研究并获奖的项目，就是该课题五个子项目之一。

作为中国-英国/欧洲毫米波与太赫兹技术学术研讨会的发起方之一，电子科技大学在太赫兹科学技术的基础与应用研究、人才培养、协同创新等方面已经取得了丰硕成果。

陈哲所在的团队在太赫兹领域也有多年积淀，无论是技术积累还是实验条件，都做好了充分准备。但他坦言，刚接触太赫兹时，自己还只是一个青涩的访客，需要从基本原理开始一步一个脚印地往前走。

起步阶段的困难可想而知。陈哲首先要抓紧学习，广泛阅读，弄明白要完成这项研究已具备哪些条件、还需要克服哪些困难、如何跟踪借鉴国外的做法、如何提出新的方案以超越现有的研究结果，如此才能知己知彼，打一场有准备的大仗。明确了整个系统的需要后，他开始划分模块，寻找关键点和切入点，就自己负责的关键部件深入地钻研下去。

在导师和团队成员的帮助和指导下，我逐渐了解了我负责的一些太赫兹关键器件的性能，并在借鉴其他成果的基础上找到了新的特性，通过一系列的理论计算、几个回合的实验验证，摸索出了相应的建模方法和实现技术。

从2011年到2015年，陈哲坚持不懈，一路过关斩将，每克服一个困难，都觉得离梦想更近了一步。多年来，他非但没有感到丝毫的枯燥，反而在一步一步前进的过程中体验到了探索未知的快乐。

回顾这段科研历程，陈哲感慨地说：我很感谢樊老师和张老师对我的信任，让我大胆、自信地迈向太赫兹领域。从就读研究生开始，陈哲就在电工学院院长樊勇教授和张波副教授的指导下，快速步入太赫兹研究的道路。

樊勇教授长期从事电磁场与微波技术学科领域的科学研究和教学工作，在固态太赫兹技术等领域也建树颇丰，先后主持完成和承担国家自然科学基金重点项目、国家863计划重大专项、科技部973计划等重大科研项目近50项。张波副教授也主持或承担了包括863计划在内的多项课题，其中涉及太赫兹的研究有6项。目前他与英国太空技术科学部卢瑟福-阿普尔顿实验室合作，在固态太赫兹相关技术与关键器件上取得突破，发表太赫兹领域高水平文章20篇，其中有12篇被SCI、EI检索。

两位导师不仅时时点拨陈哲，也不遗余力地为陈哲的成长搭桥铺路，鼓励他积极参加国际学术会议、出国交流访问，联系世界一流研究机构进行联合培养。像我们这种需要做大量实验的学科，需要很多的设备和平台，如果没有导师的指导和支持，要取得研究成果是很困难的！陈哲说。

未来　太赫兹值得我一生追寻

陈哲对太赫兹的喜爱越来越深刻了：越是了解，就越是喜欢；越是喜欢，也就越愿意去深入了解。对他而言，与太赫兹的约定是一生的选择和承诺。经过近十几年的研究，国际学术界公认太赫兹科学技术是一个非常重要的交叉前沿领域，能跟这段频率范围打交道的学科和行业非常非常多。

就我所在的电磁场与微波技术学科来说，如何高效地发送、传输和接收太赫兹信息，不断地把太赫兹系统集成化、小型化、低成本化，都是十分有发展潜力的研究热点！他说，太赫兹研究虽然年轻，但该技术的优越性和巨大的应用潜力都已清晰地呈现在了我们的面前。这是每一个研究者都无法抗拒的诱惑，也是不应被忽视的战略方向。

陈哲还清晰地记得，在第八届中国-英国/欧洲毫米波与太赫兹技术学术研讨会上，来自中国和欧洲空间局、英国牛津大学、卢瑟福-阿普尔顿国家实验室、卡迪夫大学、伦敦大学玛丽女王学院、丹麦技术大学、荷兰代尔夫特理工大学以及德国罗德与施瓦茨公司、法国Viva-tech公司等欧洲太赫兹领域一流研究机构以及国内高校和研究所的近200位专家学者齐聚一堂讨论太赫兹的盛况。

这次会议，与会代表们围绕太赫兹科学技术的最新研究进展、发展趋势、应用前景等展开了热烈讨论，特别是在太赫兹波的辐射与探测、太赫兹空间技术、太赫兹机场安检、太赫兹新型结构材料、太赫兹系统集成以及应用等议题上进行了广泛的交流。太赫兹的广泛应用和发展前景，由此可见一斑！陈哲兴奋地说。

与陈哲一起荣获大会最佳学生论文的另一位博士生，是一位在剑桥大学留学的中国学生。她的论文主要研究如何在太空中利用太赫兹低温探测器获取宇宙射线信息，并设计了一套地面测试系统模拟宇宙中的工作环境。这也让陈哲看到了年轻学者进军太赫兹的无限可能。

每个人都在结合自己的领域，寻找通往太赫兹的新路径。我当初在导师的影响之下选择了太赫兹，当然会在太赫兹的道路上坚持走下去。陈哲坚定地说，太赫兹科学技术发展的很多关键技术问题，如太赫兹辐射源及太赫兹检测技术等尚不够成熟，这也为很多研究者发挥自己的才智留下了巨大的空间。研究探索是无止境的，太赫兹可以作为毕生的事业，值得用一辈子去探索。

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