テラヘルツからメガヘルツへの換算

テラヘルツ（THz）について

テラヘルツは、1 兆 ヘルツ にあたる振動数の単位です。記号は THz です。もっとも高い電波と、もっとも低い赤外線とのあいだの隙間を占めており、この領域は 20 世紀の大半を通じて、発生させることも検出することも難しかったため、テラヘルツギャップ と呼ばれてきました。

難しさは理論のものではなく実際上のものでした。電子式の発振器は数百 ギガヘルツ を超えると力尽きます。電荷を担う粒子が十分な速さで応じられないからです。一方、レーザーのような光の源は、赤外線より下では効率が落ちます。そのあいだの帯域には、どちらの側にも扱いやすい技術がなく、何十年ものあいだ、電磁波の帯のなかでもっとも調べられていない部分でした。

これを変えたのが、超高速のレーザーと光伝導アンテナです。数フェムト秒しか続かないレーザーのパルスを半導体に当てて、テラヘルツ のパルスを生み出します。いまでは テラヘルツ 時間領域分光法が、この帯域全体にわたる材料の応答を測っており、この手法は材料科学の標準的な道具になりました。

もっともよく知られた用途は保安検査です。テラヘルツ の放射は衣服、紙、樹脂、陶磁器を通り抜けますが、金属には遮られ、水には吸収されます。しかも光子 1 個あたりのエネルギーは、何かを電離させるにはあまりに小さいため、エックス線のような危険を伴わずに、隠された物を映し出せます。空港の身体検査装置はこの原理で働きます。

分子分光学がこの帯域を使うのは、多くの大きな分子がここに回転と振動の状態をもつからです。爆発物や薬物は テラヘルツ の特徴的な指紋を示し、この手法は製薬の品質管理で、ほかの方法では見分けのつかない結晶形を識別するのに使われます。美術品の保存は、画布に触れずに絵具の層の下を見るためにこれを用います。

天文学は、標高が高く乾いた場所か、あるいは軌道上からこの周波数を観測します。大気中の水蒸気が テラヘルツ の放射を強く吸収するからです。星が生まれる領域の冷たい塵と分子ガスはここで放射しており、チリの高地や南極点に観測所が築かれているのはそのためです。

通信 の 研究 は、この 帯 に 入り はじめました。資料 の 速さ は 使える 帯域 の 幅 とともに 増え、100 ギガヘルツ の 上 には その 下 より はるか に 広い 場所 が あります。ですから 実験 室 は、1 テラヘルツ に近い 周波 数 で 毎秒 数百 ギガビット を運ぶ 無線 の 経路 を示してきました。妨げ は、水 の 蒸気 が この 波 を 強く 吸う こと です。晴れた 空気 でも 数百 メートル、雨 なら はるか に 短い 距離 に 経路 が 限られます。それ が この 技術 を 短い 跳躍 に とどめます。屋上 の 空中 線 どうし の つなぎ、資料 の 中心 の 内側 の 経路、あるいは 街灯 から 建物 まで の 最後 の 一 区間 であって、放送 に似た もの ではありません。

1 テラヘルツ は、1 兆 ヘルツ、1000 ギガヘルツ、およそ 0.3 ミリメートル の波長に等しくなります。

メガヘルツ（MHz）について

メガヘルツは、100 万 ヘルツ にあたる振動数の単位です。記号は MHz です。放送の大半と近距離の通信を担う電波の帯域を覆っており、20 年にわたって計算機の速さを測る単位でもありました。

FM 放送は、ほとんどの地域で 87.5 から 108 メガヘルツ を占めます。第二次世界大戦後に選ばれた帯域で、周波数変調に必要な広いチャンネルを許すだけ高く、しかも送信機と受信機を安く作れるだけ低い位置にあったからです。地上波テレビは隣接する帯域を取り、放送が アナログ から デジタル へ移ったことで、その大部分が移動体通信のために空きました。

航空無線は FM 放送のすぐ上、118 から 137 メガヘルツ にあり、より明瞭な周波数変調ではなく振幅変調を用います。この選択は意図的です。2 機が同時に送信すると、振幅変調ではうなりによる甲高い音が聞こえ、混信が起きたことを全員に知らせます。周波数変調なら強いほうの信号だけを拾い、弱いほうを無言のまま失ってしまいます。

計算機の処理装置は、1970 年代末からおよそ 2000 年まで メガヘルツ で格付けされていました。最初の IBM PC は 4.77 メガヘルツ で動き、その後に続いた メガヘルツ 競争は、発熱のためにクロック周波数が 4 ギガヘルツ 近くで頭打ちになったところで終わりました。以後、製造者は コアの数を競うようになります。記憶装置のバス速度や表示の同期は、いまも メガヘルツ で示されるのがふつうです。

医用超音波は、およそ 2 から 18 メガヘルツ で働きます。周波数が高いほど分解能は細かくなりますが深くは届かないので、腹部の検査は体表近くの構造を診るときより低い周波数を使い、検査者はそれに応じて探触子を選びます。

電波による個体識別、車庫の扉の遠隔操作器、無線マイク、船舶用 VHF、アマチュア無線は、いずれもこの範囲に住んでいます。遮蔽の不十分な電子機器がたがいに干渉する原因となる高調波も同じで、だからこそ法規に基づく試験は、数十から数百 メガヘルツ の放射に力を注ぎます。

移動 の 電話 は、この単位を 金 の 問題 にしました。電波 は メガヘルツ で測った 塊 で 競売 に かけられ、各国 は 700、800、900、1800、2600 メガヘルツ の 帯 から 数百億 の 額 を得てきました。それぞれ の 値打ち は 物理 が決めます。低い 周波 数 は 遠く まで届き 建物 にも よく 入る ので、700 と 800 の 帯 は 田舎 を 安く 覆い、高い ほう は 短い 距離 で 多く の 資料 を運び 都市 に向きます。ですから 事業 者 の 通じる 範囲 の 図 と、その 通信 の 速さ は、どの メガヘルツ を買えた か の 結果 です。これら の 競売 が、ほか の どんな 国有 の 資産 の 売却 と 同じ ほど 熱心 に 見守られる 理由 です。

1 メガヘルツ は、100 万 ヘルツ、1000 キロヘルツ、0.001 ギガヘルツ に等しくなります。