中国探测技术突破,首个可探测10纳米高涟漪,找潜艇如同池塘捞鱼

以山爱科学 2024-10-02 03:09:55

导读:

2023年八月二十九号,《南华早报》网站上爆出一则消息,说中国已经完成了基于下一代通信技术的潜艇探测设备。

那么这个下一代是一个什么水平呢?

消息中提到,参与这次实验的科学家说,这套设备可以探测由低频声源制造出来的震动。

这句话有些专业性,很多人也听不出所以然来,所以在消息的后边又补了一句,这种震动引起的涟漪,高度只有十纳米。

也就是说,这套探测设备,可以捕捉到高度只有十纳米的涟漪。

十纳米是什么概念,一根头发丝大概只有一毫米的十分之一,而十纳米就相当于一根头发丝的万分之一而已。

就这种高度的涟漪,别说肉眼了,拿着显微镜去看,也不一定能看得出来。

这科技,不得不给中国的科学家们点个赞。

真想问问,他们是怎么想的?怎么就敢对纳米级的涟漪有想法,关键还做到了。

那么今天就围绕着可以探测十纳米涟漪的技术来说一说。

太赫兹

这种探测技术是依据太赫兹进行识别的。

那么太赫兹又是什么呢?

太赫兹是一种电磁波,频率介于微波和红外线之间,还同时具备电子学和光子学的特征。

具体一点就是,太赫兹的频率长波段会和毫米波重合,而短波段又会和红外线重合,所以太赫兹应该算是一种过渡电磁波。

任何事情一说到过渡就非常的重要,因为一般情况下,这种过渡会同时具备上下两种现象的共同特征。

所以如今太赫兹是作为宏观经典理论向微观理论过渡的一个重要的接入点,同样也是电子学向着光子学过渡的接入点。

以至于太赫兹就被叫做了电磁波谱中的太赫兹空隙。

听这个名字就能感觉出来,太赫兹是人类窥探微观世界的一条绝佳路径。

如今太赫兹已经融入到半导体、等离子、有机体,以及生物大分子的研究中了,可以说涵盖的领域非常多,捕捉声源仅仅是它的一个技能而已。

所以用太赫兹去捕捉十纳米高的涟漪,可以说手到擒来,它就是专门做这个的。

如今研究太赫兹的国家很多,比如美国、欧洲、澳大利亚等等,不过长久以来,美国一直是走在这一领域的开拓者,它的技术是最先进的。

但谁也没有想到,拿下潜艇太赫兹探测技术的国家会是中国,所以中国在这个研究领域也算是弯道超车了。

太赫兹的历史

太赫兹是在八十年代中后期才被正式命名的,在这之前它被科学家们叫做远红外射线。

人类科学家最早开始注意到太赫兹的时候,还是一百多年前,但这个时候由于认识不足,并没有引起科学家们的注意,仅仅是做了一些记录而已,并起了个名字叫远红外线。

所谓的远红外线,就是位于可见光谱红色光外侧的光线,这种光线为不可见光。

在这里需要说明一点,对于远红外线的认识,在不同的领域定义的范围是不相同的。

比如天文学上认为的远红外线的波长是二十五微米到三百五十微米,而一般意义的远红外线的波长是十五微米到一千微米。

(注:太赫兹的波长是三十微米到三千微米,这也从侧面说明了太赫兹是一种过渡电磁波)

所以长久以来对于红外线的认识,并不是很全面,还有点乱。

更何况太赫兹是一种只有一部分包含在红外线里边的光线了,所以人类的认识就更加的浅薄了。

但不管怎么说,依托红外线取得的研究成果有很多,如今进行产业化的也有很多,比如热影像装置、红外线医疗设备等等。

但在涉及到太赫兹的研究和数据却一直很少,毕竟太赫兹属于过渡电磁波,上下区分的不是很明显,后来随着对红外线的进一步认识,太赫兹才被人们重新认识到了。

这就有了上个世纪八十年给太赫兹命名的事情。

随着科学家们对太赫兹的重新认识,那么对于太赫兹技术的研发也是日新月异,而且已经融入到人们生活的方方面面。

太赫兹的应用

很多人坐飞机,坐高铁,或者进入到人员密集的地方,都经历过通过安全门进行扫描的,或者是金属探测器扫描的事情。

这种检查不需要接触身体,扫一下就知道有没有携带危险物品。

很多人想象不到,这些设备使用的光束,其实就是太赫兹。

原理就是利用了太赫兹的单光子性能低的特点,而且太赫兹对非极性分子组成的物质,比如化纤、棉布都具有很好的穿透效果。

甚至大多数生物的大分子特征的吸收峰,都在太赫兹的波段中。

这就让太赫兹光线具备了不接触物品进行检查的特点,如今在安全检查、医学成像、环境检测、污损检测中太赫兹都有应用。

而且在如今的研究中,这些领域关于太赫兹的开发程度还是不够的。

目前太赫兹是科学家们研究电磁波谱里唯一没有全面进行研究的一个波普区间了。

所以太赫兹的奥秘还有很多等待着科学家去揭晓。

如今随着对太赫兹的开发,科学家们的研究方向集中到了高性能太赫兹源、探测器、以及相关器件上了。

而关于等离子、石墨烯一些新兴技术,也仅仅是开始尝试,但已经可以看到这些研究对于各种器件性能的提升有很多大的帮助。

以5G通信为例,目前世界各国的无线通信技术标准集中五十到六十GHz上,而下一步想要提升通信性能,就需要将频率集中到太赫兹频段上了。

至于下一步,显然就是6G。

事实上近些年关于6G的研究在太赫兹上已经有了很大的突破,比如实现高数据速率,以及低延迟解决都是依托太赫兹来解决的。

因为太赫兹不仅能够搭载比现有通信方案更多的信息,甚至顺手还可以对环境信息进行收集。

而前文提到的,中国下一代潜艇探测器,就是依据太赫兹在下一代通信技术研发出来的。

而在这项技术上,很多科学家都被卡在了如何产生更加强有力的太赫兹信号上。

中国科学家研发的首个基于下一代通信技术的潜艇探测装置

这个项目是中国的国防科技大学的一支研究团队研发的,他们的这项技术成果,被刊登在《雷达学报》上。

十纳米高的涟漪,言外之意找个潜艇还不是手到擒来?而且根据太赫兹的特点还能收集相关的环境情报。

那么分析一下,就能知道,一旦这款太赫兹装备投入使用,把海面下的噪声特征描出来是不成问题的,而且很有可能会将这首潜艇的模样描绘出来,呈现在眼前。

说道这里,估计很多人会感觉这个设备个头是不是很大?

毕竟大海上著名的街溜子们,扛着六个球或者四个球走街串巷,整套设备都是论吨算的。

其实大可不用担心,在论文中就提到过,该太赫兹探测器的体积并不大。

而且下一步研究的方向是,再将该设备小型化,小到可以放置在无人机上边的程度。

不说现在这套设备有多小,展望一下未来,真的可以放在无人机上的话,会是什么样的一个情况?

无人机可是具备部署灵活的特点,基本上什么样的环境条件都可以进行起飞。

机动性也不错,滞空时间想多久就可以多久(一架无人机休闲,可以利用另一架继续检查)。

而且能看到十纳米高度的涟漪,什么设备能逃过该设备的检查?

比如再好的核潜艇,制造出来的涟漪恐怕要比十纳米高很多吧。甚至太赫兹探测器可以做到,将自然涟漪和人造涟漪进行区分的程度。

就问一下,想往哪里藏?

再有就是,论文中提到太赫兹探测器的成本其实不是很高,尤其是以后可以放在无人机上的时候,成本更低。

所以到时候安装这种太赫兹探测器的时候,就不需要考虑太多。

这是关于太赫兹探测器的其中一项功能,用来检查。

再有就是太赫兹探测器具备通信功能,别忘了在提到这款探测器的时候,可是有一个前缀的——基于下一代通信信息技术。

所以过去潜艇想要实现通讯需要上浮,一旦装上太赫兹探测器就不需要了,可以直接对地面,对空中实施通信。

那么到时候中国的潜艇的隐秘性会更上一层楼,而对手却在太赫兹探测器下无所遁形,那么猎杀的时刻就算开始了。

这种猎杀,如同在池塘里捞鱼一样的简单了。

当然都是文明社会,一般不会,到是可以看着对方,将对方的轨迹给画出来。

甚至于开着飞机沿着对方的轨迹,就这么冷静的看着对方,其实也是一个很不错的选择。

也不知道对方注意到这一幕,会怎么样?

是跑,还是藏起来。

所以光凭这一点,就能知道至少中国对于太赫兹的研究,应该是站在了世界的前列。

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以山爱科学

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