相對于毫米波技術(shù), 太赫茲技術(shù)的研究還處在探索階段。太赫茲技術(shù)主要包括太赫茲波源、太赫茲傳輸和太赫茲檢測等，其關(guān)鍵部件可以分為無源元件和有源器件. 無源元件包括太赫茲傳輸線、濾波器、耦合器、天線等, 而有源器件包括太赫茲混頻器、倍頻器、檢波器、放大器、振蕩器等。
太赫茲源
伴隨著太赫茲波生成技術(shù)的發(fā)展, 太赫茲源的研究已有很多有價值的新進(jìn)展. 研發(fā)低成本、高功率、室溫穩(wěn)定的太赫茲源是發(fā)展太赫茲技術(shù)的基礎(chǔ). 太赫茲源的分類多種多樣, 按照產(chǎn)生機(jī)理, 可以分為基于光學(xué)效應(yīng)和基于電子學(xué)的太赫茲源。按照源類型可以分成3 類: 非相干熱輻射源、寬帶太赫茲輻射源以及窄帶太赫茲連續(xù)波源。
1.非相干熱輻射源
非相干熱輻射源在熱平衡的情況下將熱能轉(zhuǎn)換為光能, 產(chǎn)生連續(xù)的光譜。 主要例子如日常生活中的太陽, 以及白熾燈. 由于其產(chǎn)生的太赫茲波功率很低, 應(yīng)用前景較為局限.
2.寬帶太赫茲輻射源
寬帶太赫茲輻射源目前主要應(yīng)用于光譜系統(tǒng), 主要由周期為幾十到幾百個飛秒的脈沖產(chǎn)生，在頻譜上包含高達(dá)幾十太赫茲的超寬頻譜分量. 產(chǎn)生方法包括：
a) 光導(dǎo)天線：光導(dǎo)天線進(jìn)行太赫茲輻射的主要機(jī)理是光導(dǎo)天線在光脈沖的照射下產(chǎn)生載流子, 并在電場作用下加速運(yùn)動, 在表面產(chǎn)生瞬態(tài)電流,進(jìn)而輻射太赫茲電磁波，其特點(diǎn)是具有較高的輸出能量. 近年來, 國內(nèi)外開展了很多關(guān)于光導(dǎo)天線產(chǎn)生寬帶太赫茲波的研究。
b) 光整流法: 光整流法是利用非線性的光整流效應(yīng), 使兩個光束或者一個高強(qiáng)度的單色光束在介質(zhì)中傳播時產(chǎn)生差頻或和頻振蕩，其特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)太赫茲超寬帶輸出, 但是輸出能量相對不高. 基于此原理, 太赫茲輻射源得到了長足的發(fā)展。
c) 空氣等離子法: 空氣等離子法的原理是利用激光聚焦擊穿空氣產(chǎn)生太赫茲輻射。
d) 半導(dǎo)體表面: 基于半導(dǎo)體表面的太赫茲輻射源的基本工作原理可以總結(jié)成表面電場效應(yīng)和光生丹培效應(yīng). 對于某些寬帶隙的半導(dǎo)體材料, 其表面存在表面態(tài), 由于表面和內(nèi)部的費(fèi)米能級不一致, 會形成表面電場. 在這個電場作用下, 被激光激發(fā)的載流子會形成瞬態(tài)電流, 從而形成太赫茲輻射. 對于某些窄帶隙半導(dǎo)體材料, 由于其吸收系數(shù)很大, 大量的載流子會在半導(dǎo)體表面形成, 其中的電子和空穴在向半導(dǎo)體內(nèi)擴(kuò)散的時候使正負(fù)電荷在空間中分離, 形成光生丹培電場, 輻射太赫茲波. 這種方式的特點(diǎn)是簡單易操作, 但輻射功率較低。
3.窄帶太赫茲連續(xù)波源
窄帶太赫茲輻射源的目標(biāo)是產(chǎn)生連續(xù)的線寬很窄的太赫茲波. 常用的方法包括:
a) 利用電子學(xué)器件設(shè)計(jì)振蕩器, 尤其是以亞毫米波振蕩器為基礎(chǔ), 提高振蕩器的工作頻率, 以設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)適合太赫茲頻段的振蕩器. 由于這一特點(diǎn), 目前報(bào)道的太赫茲源的工作頻率主要集中在較低的太赫茲頻段。但是, 在此基礎(chǔ)上利用倍頻鏈已獲得了1THz 左右甚至更高頻率的太赫茲波。
b) 太赫茲量子級聯(lián)激光器(THz-QCL) 作為相干光源的一種，是基于導(dǎo)帶子帶電子能態(tài)間躍遷和聲子共振輔助隧穿實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn). 隨著量子級聯(lián)激光器的迅速發(fā)展, 可以用來研究微小尺度的物質(zhì)運(yùn)動, 比如電子微觀輸運(yùn), 納米光子學(xué)等。 同時由于其結(jié)構(gòu)緊湊, 使之在很多領(lǐng)域具有很高的應(yīng)用價值, 如天體物理和大氣科學(xué)、空間通訊、精密光譜測量、安檢領(lǐng)域和太赫茲成像等。
c) 自由電子激光器是將在磁場中運(yùn)動的相對論電子束的動能轉(zhuǎn)換為光子能量, 從而產(chǎn)生激光, 其特點(diǎn)是具有高能量和高相干性. 由于其連續(xù)性,輻射波長可以調(diào)諧到任何波長, 非常適合用作太赫茲輻射源, 但自由電子激光器的缺點(diǎn)是功耗高、體積大和費(fèi)用昂貴, 因此自由電子激光器基本上用在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中。
d) 光泵太赫茲激光器: 太赫茲頻段符合許多極性分子的轉(zhuǎn)動能級, 光泵太赫茲激光器使這些極性分子的轉(zhuǎn)動能級間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn),從而產(chǎn)生太赫茲輻射. 國內(nèi)外相關(guān)工作中, 常用的氣體有CH3F 、NH3、D2O 、CH3OH 等。
e) 差頻太赫茲輻射源: 差頻太赫茲輻射源主要利用非線性晶體的差頻效應(yīng)來產(chǎn)生相干窄帶的太赫茲輻射. 這種方法中, 需要兩束不同波長的激光, 即頻率不同, 以一定角度泵浦非線性晶體, 例如GaSe、ZnGeP2、GaAs、GaP、LiNbO3 以及有機(jī)晶體DAST 等. 太赫茲波的頻率取決于泵浦光波長, 可以方便進(jìn)行調(diào)諧。
f) 光參量法: 光參量法是利用一束泵浦光入射晶體, 激發(fā)出斯托克斯光和電磁耦子. 在泵浦光和斯托克斯光的共同作用下, 電磁耦子發(fā)生受激拉曼散射, 實(shí)現(xiàn)太赫茲輻射。