胡旻（右）在兵馬俑坑道裡用太赫茲時域光譜系統分析文物。 受訪者供圖

胡旻（左二）等人在克孜爾石窟內探查。 受訪者供圖

團隊用太赫茲時域光譜系統分析兵馬俑。 受訪者供圖

　　蒼茫大漠，在渭干河谷北岸的懸崖邊，千年壁畫靜默無言，前沿科技正悄然揭開歷史的面紗。克孜爾石窟是中國開鑿最早、地理位置最西的大型石窟群，現存壁畫面積約1萬平方米。近段時間，電子科技大學教授胡旻團隊，與浙江大學教授張暉團隊，正在石窟內探尋那些肉眼無法揭開的秘密。其中的關鍵，是太赫茲成像技術。

　　在克孜爾石窟內，僧眾居住的場所因長年累月的燒火生活，原本繪制了精美壁畫的牆體和窟頂被一層層灰黑煙塵覆蓋。“太赫茲成像技術可以無損穿透表層，讓隱入歷史塵煙的文物重新‘開口’，揭開始於東漢末年的秘密。”胡旻說道。

　　是什麼？

　　具有迷人的透視性 被譽為未來的“黑科技”

　　太赫茲波位於微波和紅外波之間，是電磁波譜中人類研究最少、開發最晚的波段，被譽為改變未來世界的十大技術之一。

　　直到20世紀七八十年代，太赫茲才作為獨立波段被正式定義。在此之前，它在光學領域被稱為遠紅外線，在電子學領域則被稱為亞毫米波或超微波。

　　透視性是太赫茲最迷人的特性之一。像微波輻射一樣，太赫茲可以穿透很多介電材料、非極性液體和非導電材料，如衣服、紙張、木材、磚石、塑料、陶瓷等，而且對金屬物體具有強烈的反射性。太赫茲光子的能量很低，是X射線的萬分之一，不會因為電離而破壞被檢測物質。基於此，研究了太赫茲20余年，胡旻帶領團隊在文物保護和考古研究領域，開辟出更多新的應用場景。

　　胡旻介紹，太赫茲相比X射線，對物體分層更為敏感。太赫茲脈沖輻射擁有皮秒級脈寬，能有效進行時間分辨研究。也就是說，不用接觸、無需切開文物，可以根據物質層次間反射信號，獲得內部層位信息，實現三維成像。

　　在胡旻的電腦上，一張張應用太赫茲技術呈現的畫像輪廓清晰可見。他表示，“太赫茲考古”早在上世紀90年代開始萌芽。2013年，西班牙的科學家利用太赫茲時域光譜系統，對被顏料和漆層“遮蓋”的《獻給維斯塔的祭品》畫作進行掃描成像分析，在畫作表層下發現了一處早期的鉛筆痕跡。經對比，這是藝術家戈雅的簽名。此發現，確認了此畫為戈雅的作品。而這次研究，也被認為是太赫茲技術應用的經典案例。

　　除此以外，很多大分子的轉振動能力處於太赫茲波段，其太赫茲光譜包含著豐富的分子結構信息，就像每個人的指紋都是獨一無二的，對於太赫茲波來說，物體也有專屬“指紋”——不同物質分子所呈現的吸收特征也不一樣，因此被稱為“太赫茲指紋譜”。利用此特性，研究團隊可以對漆器、壁畫、泥塑等進行檢測，包括對脂類涂層、顏料成分進行分析。

　　胡旻舉例說，在克孜爾石窟壁畫中，紅色的呈現往往是朱砂、鉛丹，或者二者混合，利用太赫茲技術，能夠准確得知顏料使用情況，借此作為文物創作時期的評價依據之一，也能更好地還原被煙灰覆蓋的畫像模樣。

　　據悉，2007年，日本建立了首個在太赫茲波段的文物原料開放數據庫，世界多個研究組不斷測試補充不同藝術品材料的太赫茲光譜數據，該數據庫已收錄超1500條光譜數據。

　　如何用？

　　太赫茲+考古 揭開文物“隱藏”的秘密

　　要實現太赫茲技術在文物研究中的應用，先進的檢測設備至關重要。在太赫茲研究中心實驗室，記者見到了太赫茲無損檢測裝置。裝置的核心部分是時域光譜儀和控制著檢測探頭的機械臂，內部程序由胡旻團隊聯合覓幾科技自主開發完成。指著兩個如拇指大小的器件，胡旻解釋：“這是關鍵部分，用於發射和接收太赫茲波。”系統啟動后，機械臂會根據算法規劃路徑，沿著下方文物的法線，非接觸逐點掃描。運行中，機械臂會保持發射端—接收頭與物品表面垂直，探針上下高頻抖動發射太赫茲波。

　　目前，太赫茲技術已在多項重大考古項目中取得成效。2019年，胡旻團隊與浙江大學張暉團隊、四川省文物考古研究院、三星堆博物館合作，對出土的青銅器的鏽層進行測量。“這是全球首次通過太赫茲，對青銅文物進行三維層析成像分析。”胡旻表示。

　　2024年12月，胡旻團隊參與了西安秦兵馬俑2號坑考古工作。團隊創新地採用可見光-太赫茲的光電融合無損檢測方式，對相關文物進行精准探測和分析。據團隊成員反饋，現場專家對檢測效果給予了高度評價，不僅清晰地呈現了文物細節特征，還能較為准確地識別文物內部結構、成分及潛在缺陷，為文物保護提供了全新的技術支持。

　　不久前，“探元計劃2024”共創落地型賽道榜單正式發布，團隊入選新疆克孜爾石窟文化場景共創。該項目採用太赫茲時域光譜技術，對克孜爾石窟第161窟煙熏覆蓋壁畫進行無損檢測、圖像識別及虛擬復原。

　　胡旻透露，此次在克孜爾石窟太赫茲檢測，涉及的石窟面積較大，工作或將持續到夏天。特別是基於太赫茲波功率低的“短板”，團隊正在奮力解決高功率輻射源的問題。“低功率信號穿透力弱，會限制材料分析的深度、精度，以及成像分辨率，影響成像效果。”國外傳統的太赫茲時域光譜成像技術，最多看到300微米的物體，頭發絲都難以識別。胡旻團隊引入近場技術，將太赫茲系統與原子力顯微鏡結合，通過搭建真空輻射源，改進光路零件和反射鏡等，逐步制作了國內首個基於大功率輻射源的太赫茲散射式掃描近場顯微系統，成像水平精度達到20納米。“這對於后續的文物保護工作將大有裨益。”胡旻說道。

　　前景如何？

　　在天文、通信、生物診斷等領域擁有巨大的應用前景

　　目前，太赫茲技術仍處於探索階段，在天文、通信、生物診斷等方面有著廣泛的應用前景。2019年，科學家首次觀測到黑洞，就是在太赫茲天文望遠鏡下實現的。

　　太赫茲成像實現了納米級的分辨率，為生物診斷提供一種全新的辨識方法。舉例來說，口腔齲齒檢測診斷，可以通過太赫茲進行無損檢測，無須拔牙，就能檢測出牙齒表層下的齲齒白斑，以及齲壞的深度。

　　胡旻介紹，太赫茲波具有比無線電波更高的頻率，這使它們能夠傳輸更多信息。“它可以作為強大的工具，在未來網絡中快速傳輸大量數據。”據悉，全球首份6G白皮書，將太赫茲技術作為通信解決方案的突破口。

　　然而，太赫茲的物理缺點同樣突出——它會很快被空氣中的水蒸氣吸收，在銅等常用電子材料中會受到損耗。有學者認為，隨著技術發展，后續可以通過使用低損耗材料、優化波導結構、提高發射功率等，有效應對太赫茲波在大氣吸收和材料損耗方面的挑戰。

　　除此之外，太赫茲雷達作為前沿技術，同樣具有巨大的應用潛力。

　　在軍事領域，太赫茲雷達能夠“透視”飛機表面的“隱身衣”，有效探測到目標﹔其高分辨率，可以在精確制導、戰場偵察等方面發揮作用，在防空反導中，精確地識別和跟蹤來襲目標，提高防御效能。

　　在航空領域，太赫茲雷達可用於飛行器的導航和防撞。相比傳統雷達，能提供更精確的位置和速度信息，提升飛行安全。

　　“我們正在持續進行對太赫茲技術自主創新研發。”對於未來，胡旻信心十足。

□四川日報全媒體記者 蘭珍

分享讓更多人看到