岛津光谱分析仪助力太赫兹波研究——电磁波谱中一个极具发展潜力的区域

人类智慧的成果之一是对电磁波的探索。光和电磁波就像我们周围的空气一样，取之不尽，用之不竭。人类对这一奇迹着迷，通过反复的实验和研究，将其基本原理系统化。由此，我们的生活因各种工具的发明而变得更加丰富。例如，X射线成像、微波炉以及利用光的光纤通信。

 

追求太赫兹波利用的未来

随着电磁波在现实世界的应用不断推进，太赫兹波是频谱中唯一尚未实现实际应用的区域。太赫兹波位于光波和无线电波之间的频段。它兼具激光束的直线性和无线电波的渗透性。然而，太赫兹波的能量对于光波而言极低，而对于无线电波而言频率极高，这使得它们难以产生和探测。因此，光波和无线电波的研究人员认为太赫兹波段非常难以处理。

然而，近年来太赫兹波的重要性日益凸显。如今盛行的5G技术采用毫米波频段，但未来通信流量增加可能导致通信过载。目前，将更高频率的太赫兹波带宽应用于下一代6G技术备受关注。全球范围内的研究正在加速推进，力求将这一技术付诸实践。此外，太赫兹波具有穿透纸张、塑料、纤维等物质的特性。然而，与紫外线和X射线相比，太赫兹波的能量较低，对人体的影响较小。如果使用太赫兹波，将简化对人员和邮件的安全检查，因此有望在反恐等领域得到实际应用。

岛津光谱分析仪用于日本理化学研究所 (RIKEN) 实验室，该实验室是全球领先的太赫兹波研究机构

万亿光子学研究团队负责人 Hiroaki Minamide 博士
RIKEN 先进光子学中心，RIKEN

日本理化学研究所（RIKEN）*的南酰胺宏明（Hiroaki Minamide）正在继续进行这项研究，旨在将太赫兹波投入实际应用。南酰胺宏明25年前就开始了太赫兹波的研究，并发现了一种高效的太赫兹波生成方法，而这种方法至今仍是一个难题。2024年9月，他成功研发出一种小到可以放在手掌中的高亮度太赫兹波源。目前，他正在继续进行进一步的研究，以实现其实际应用。

* 日本理化学研究所 (RIKEN) 是一家国家研究开发机构，是日本最大的综合研究机构，成立于 1917 年。

RIKEN于2024年9月推出手持式太赫兹波光源（照片由RIKEN提供）

岛津SPG-V500光谱分析仪为这项研究做出了贡献。光谱分析仪是用于分析光波长和强度的仪器，通常用于分析光通信等领域的激光源。

日本理化学研究所（仙台校区）万亿光子学研究团队实验室的 SPG-V500 光谱分析仪

Minamide 指出，“我了解到可以使用岛津SPG-V500 实时测量光的波长，如果真是这样，那么就可以预见研究的突破。”

由南酰胺领导的太赫兹光子学研究团队正在研发一种与光源同时使用的探测器。为了验证太赫兹波的产生，特定信号的探测至关重要。然而，尽管团队竭尽全力，却始终未能探测到该信号。

如果检测不到信号，研究就无法推进。为此，两位研究人员花了数月时间反复调整和测量，却一无所获。就在我束手无策的时候，SPG-V500的方案书中“实时测量功能”的一行字引起了我的注意。我当时觉得自己像是在做无用功，但还是联系了他们。我借了一台演示机，像往常一样尝试调整和测量，结果让我大吃一惊。我想要的信号找到了。我和实验室里的所有人一起欢呼雀跃，高呼“我们成功了！我们找到它了！”

日本理化学研究所的南酰胺宏明博士（中）和研究人员（当时）迪皮卡·亚达夫博士（目前居住在印度，屏幕上）和泷田勇真博士（最左边）回顾了那段时光。

开发人员对高光谱分辨率和实时测量技术感到自豪

SPG-V500 开发人员，从左至右依次为西凉介 (Ryosuke Nishi)、小林智有 (Tomoari Kobayashi)、西原宏明 (Hiroaki Nishihara) 和平冈良二 (Ryoji Hiraoka)（设备部门应用组）

测量“光”的仪器也在太赫兹波（一种电磁波）的研究中发挥了作用。没有人比SPG-V500的开发人员更对此感到惊讶。开发人员平冈良司表示：“我做梦也没想到SPG-V500会在太赫兹波研究中发挥作用。”

开发人员平冈良二

Minamide 开发的太赫兹波源采用的是脉冲激光，可以瞬间产生十亿分之一秒或更短持续时间的脉冲。因此，使用通用的光谱分析仪进行测量非常困难。

开发团队的平冈表示：“SPG-V500的开发，源于一个想法：打造一台易于使用、能够为激光研究做出贡献的光谱分析仪。岛津内部有从事激光研究的部门，我联系他们时，了解到他们遇到了各种各样的难题。为了解决这些问题，我认为需要一台能够同时提供高光谱分辨率和特定范围内波长信息的仪器，于是我找到了开发理念。”

通用光谱分析仪无法测量瞬时产生的光。原因在于其测量方法，即在一段时间内扫描光。因此，SPG-V500 采用了多色仪式而非扫描式测量方法。该仪器配备了阵列传感器（小型传感器的集合），使其能够同时获取一定范围内的波长信息。

负责 SPG-V500 改进的开发和销售人员 Ryosuke Nishi

该方法采用了岛津独有的技术，对于掌握激光噪声的主要原因——模式跳跃（光波长的突然变化）的发生也非常有效。如果能够抑制模式跳跃，有望提高激光源的质量，这不仅对太赫兹波的研究，而且对各种激光研究领域都大有裨益。我希望为包括自动驾驶汽车传感技术以及光通信在内的广泛领域的技术革命做出贡献。

从左至右依次为理化学研究所的南酰胺宏明、泷田由真，岛津制作所所的平冈良二、坂本佐美、西良介。中间是SPG-V500光谱分析仪。