| Terahertz (THz) | Gigahertz (GHz) |
|---|---|
| 1 Terahertz | 1000 GHz |
| 2 Terahertz | 2000 GHz |
| 3 Terahertz | 3000 GHz |
| 4 Terahertz | 4000 GHz |
| 5 Terahertz | 5000 GHz |
| 10 Terahertz | 10000 GHz |
| 20 Terahertz | 20000 GHz |
| 25 Terahertz | 25000 GHz |
| 50 Terahertz | 50000 GHz |
| 100 Terahertz | 100000 GHz |
| Referentie | Terahertz (THz) | Gigahertz (GHz) |
|---|---|---|
| European mains electricity | 5 × 10-11 THz | 0.00000005 GHz |
| Concert pitch A above middle C | 4.4 × 10-10 THz | 0.00000044 GHz |
| An FM radio station | 0.0001 THz | 0.1 GHz |
| A Wi-Fi band | 0.0024 THz | 2.4 GHz |
| A desktop processor clock | 0.003 THz | 3 GHz |
De terahertz is een frequentie-eenheid gelijk aan duizend miljard hertz. Het symbool is THz. Zij beslaat de kloof tussen de hoogste radiofrequenties en het laagste infrarode licht, een gebied dat het grootste deel van de twintigste eeuw zo moeilijk op te wekken of aan te tonen was dat het de terahertzkloof werd genoemd.
De moeilijkheid was praktisch en niet theoretisch. Elektronische oscillatoren raken boven enkele honderden gigahertz uitgeput omdat de ladingdragers niet snel genoeg reageren, terwijl optische bronnen zoals lasers onder het infrarood aan rendement verliezen. De band ertussen had aan geen van beide zijden een handige techniek en bleef decennialang het minst verkende deel van het elektromagnetisch spectrum.
Dat veranderde met ultrasnelle lasers en fotogeleidende antennes, die terahertzpulsen opwekken door een halfgeleider te belichten met een laserpuls van enkele femtoseconden. Terahertzspectroscopie in het tijdsdomein meet nu de respons van materialen over de hele band, en de techniek is een gangbaar gereedschap in de materiaalkunde geworden.
Veiligheidscontrole is de bekendste toepassing. Terahertzstraling gaat door kleding, papier, kunststof en keramiek maar wordt door metaal tegengehouden en door water opgenomen, en haar energie per foton is veel te laag om iets te ioniseren, zodat zij verborgen voorwerpen kan afbeelden zonder de risico's van röntgenstraling. Lichaamsscanners op luchthavens werken op dit beginsel.
De molecuulspectroscopie gebruikt de band omdat veel grote moleculen hier rotatie- en trillingstoestanden bezitten. Springstoffen en drugs vertonen kenmerkende terahertzsignaturen, en de techniek dient in de farmaceutische kwaliteitscontrole om kristalvormen te onderscheiden die andere methoden identiek maken. Kunstconservering past haar toe om onder verflagen te kijken zonder een doek aan te raken.
De sterrenkunde neemt bij deze frequenties waar vanaf hoge, droge plaatsen of vanuit een baan, omdat waterdamp in de atmosfeer terahertzstraling sterk opneemt. Koud stof en moleculair gas in stervormingsgebieden stralen hier, en daarom worden sterrenwachten op grote hoogte in Chili en op de zuidpool gebouwd.
Het communicatieonderzoek is de band beginnen binnen te dringen. Gegevenssnelheden groeien met de beschikbare bandbreedte, en boven 100 gigahertz is veel meer plaats dan eronder, dus laboratoria hebben draadloze verbindingen getoond die bij frequenties nabij één terahertz honderden gigabits per seconde dragen. Het beletsel is dat waterdamp deze golven sterk opslorpt, wat een verbinding bij heldere lucht tot enkele honderden meters beperkt en bij regen tot veel minder. Dat bindt de techniek aan korte sprongen: verbindingen tussen dakantennes, trajecten binnen een datacentrum, of het laatste stuk tussen een lantaarnpaal en een gebouw, en niets wat op een omroepuitzending lijkt.
Eén terahertz is gelijk aan duizend miljard hertz, 1000 gigahertz of een golflengte van ongeveer 0,3 millimeter.
De gigahertz is een frequentie-eenheid gelijk aan een miljard hertz. Het symbool is GHz. Het is het bereik van de moderne draadloze communicatie en van de klok in elke hedendaagse computer, en vrijwel niets ervan was vóór de jaren negentig in dagelijks gebruik.
Wifi beslaat twee hoofdbanden, bij 2,4 en 5 gigahertz, met een nieuwere band nabij 6. De band bij 2,4 gigahertz is druk omdat hij vrijwel overal vergunningvrij is en gedeeld wordt met Bluetooth, draadloze telefoons en magnetrons, die op 2,45 gigahertz werken omdat watermoleculen daar energie doeltreffend opnemen. De band bij 5 gigahertz biedt meer kanalen en hogere snelheden, maar wordt sterker door muren opgeslokt en bestrijkt daardoor een kleiner gebied.
De mobiele telefonie spant het hele bereik. Eerdere generaties gebruikten banden onder 1 gigahertz vanwege hun grote bereik tot in gebouwen en over het platteland, terwijl nieuwere toewijzingen bij 1,8, 2,6 en 3,5 gigahertz meer gegevens over kortere afstanden dragen. Hoe hoger een frequentie, hoe meer bandbreedte beschikbaar is en hoe minder zij doordringt, en elke netgeneratie is een onderhandeling tussen die twee feiten.
De kloksnelheden van computers gingen omstreeks het jaar 2000 de gigahertz in en bleven enkele jaren later bij bijna vier steken. De grens is thermisch: het vermogensverlies stijgt steil met de frequentie, en boven ongeveer vier gigahertz kan een gewone siliciumprocessor de warmte niet meer kwijt. De prestatiewinst sindsdien kwam van meer kernen, bredere instructie-uitgifte en betere geheugenhiërarchieën, niet van een hogere klok.
Satellietverbindingen, radar en radioastronomie werken alle hier. Weerradar loopt gewoonlijk tussen 2,7 en 5,6 gigahertz, de radar van de luchtverkeersleiding in soortgelijke banden, en de microgolfachtergrondstraling die het heelal vult heeft haar maximum nabij 160 gigahertz, ver boven het bereik van communicatie op aarde.
Millimetergolfsystemen bij 24 gigahertz en hoger dienen voor de botsingsradar van auto's en voor de banden met de grootste capaciteit in mobiele netwerken. Hun zeer korte golflengten laten kleine antennes en enorme datasnelheden toe, maar worden door vrijwel alles tegengehouden, regen en gebladerte inbegrepen.
Eén gigahertz is gelijk aan een miljard hertz, 1000 megahertz of 0,001 terahertz.