テラヘルツ (THz)

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。

テラヘルツの換算表