太赫茲技術介紹
太赫茲又被稱作兆赫茲，原因是因為他填補了 1000 -100μm(300GHz-3THz)的波長範圍，又稱作亞毫米波段，屬於遠紅外波，然而，以目前已開發的波段而言，遠紅外與亞毫米之間的邊界其實相當模糊，因此，並不能太過武斷地斷定太赫茲是一定是其中一種，雖然太赫茲在20世紀時，就已經有很多科學家對其感興趣，但因為太赫茲頻率範圍是在電磁波譜中最少被開發的部分－日常可知的電磁波有Ｘ設限、紫外線、微波、紅外線…－,而太赫茲受限於需要以靈敏探測器及兆赫茲產生源，而這兩種物件的價格十分高昂且保存不易，因此，在20世紀初期其實發展十分受限。
近代，因化工材料與技術的進步，例如半導體、石墨烯等新興材料，使太赫茲的研究得以更深入，在近二十年有極大幅度的進步。
太赫茲波同時也是一種輻射能源，能量相較於X射線，更不會破壞受測物質，因此，應用的領域可說是無遠弗屆。
太赫茲技術簡史：
第一張使用太赫茲輻射產生的影像約在1960年代出現，而在1995年時發現太赫茲圖像的產生是利用太赫茲時域光譜（Terahertz time-domain spectroscopy)在電磁領域引起討論，進而促使太赫茲技術領域快速成長。
2002年，歐洲航天局的Rutherford Appleton Laboratory製作出手的被動太赫茲圖像，而在兩年後的ThurVison有限公司展示出世界上第一台用於安全檢查的緊湊型太赫茲相機，而該相機成功的對被衣物掩蓋的槍枝以及行李箱裡的爆炸物進行成像。
2007年，美國國務院的科學家能源的阿貢實驗室以及土耳其語日本的合作者創建一種緊湊型設備，藉由高溫超導晶體的電器特性，產生約瑟夫森效應，在交流電產生的電磁場中感應出太赫茲範圍內的頻率，可以用來檢測太赫茲波的頻率以及功率。
2008年，哈佛大學的工程師證明：用半導體可以實現幾百那瓦的太赫茲輻射的室溫發射，因為太赫茲輻射的特性，過去創造他的光源需要低溫冷卻，限制他的日常運用，而哈佛大學的此項研究突破了溫度對於太赫茲技術的限制。註1:Prabira Kumar Sethy(2013）指出
2013年，喬治亞理工學院開發一種製造石墨烯天線的方法，而此種石墨烯天線可以在太赫茲頻率範圍內進行廣播。註2:Shian U. Hwu1& Kanishka B. deSilva(2013).
綜合以上幾件重大的發現，可以推論出太赫茲技術是可以運用在探測識別，藉由太赫茲輻射（非電離性）成像的原理，而非如Ｘ射線，對人體有害，有許多生物大分子和DNA分子的旋轉與震動都位於太赫茲波段，因此，生物體對太赫茲波有獨特的反響，太赫茲輻射就可以用來疾病診斷、生物體檢測和成像，此外，更可以運用在污染物、生物、化學檢測，他和Ｘ射線都具有穿透性，但相較於後者，他可用於非接觸、非傷害性地檢測物質。而該特性也可以用來安全檢測。
例如：太赫茲成像已被選為NASA未來檢測航天飛機缺陷的四種技術之一。註3 :SU Hwu(2013)指出
前面還有提到，太赫茲頻段比微波頻率高，寬頻多，通道多，甚至可以獲得10Gbps的傳輸速度，甚至可以大膽推估他能夠成為6G的新技術，而使用石墨烯天線技術與太赫茲，就有機會達成，石墨烯在太赫茲波段下，相比於其他金屬，他可以擁有更良好的抗阻匹配，電導率動態，進而可以縮小天線尺寸以及增加天線輻射動態可控性。註4原媛（2018)指出
研究單位
時至今日，美國的哈佛大學與英國的利茲大學主要研發太赫茲雷射器，該發射器的太赫茲光波準直性能更勝以往，目前主要研發的方面是跟探測相關，例如生物製劑以及腫瘤成像，此外，還用於探測星際稀薄化學物質，在天文學也有許多貢獻，該發射器運用了半導體的光導作用，更可以套用於感測器以及太赫茲光路，能夠準確且直接的收發，而不會有能量的外溢。
在台灣，則是由清華大學的楊尚樺教授所帶領的Yang Research Group對於鈦赫茲也有許多研究。他們的研究主軸主要有電漿子光電導太赫茲光電元件(Plasmonic Photoconductive Terahertz Optoelectronics)以及太赫茲集成系統（Integrated Terahertz Systems），綜合以上兩種研究所得到的成果是：目前他們將該元件應用至超高速無線通訊以及生醫影像系統，因為太赫茲的特性並不會因為建築、地形以及通道頻道的限制，因而使雲端運算、室內無線通訊以及可穿戴式裝飾實時分析有極大助益，而透過高功率的光電太赫茲發射器以及高敏光導太赫茲探測器，可以架構出太赫茲斷層掃描系統，而人類的細胞大多數的活動都屬於太赫茲頻段，而太赫茲斷層掃描系統的探測解析甚至可以達到毫米，使該技術可以在生醫方面，為醫學帶來極大的幫助，若體內有癌細胞的產生也可以儘早發現，能夠更精確的診斷病人的疾病以及身體狀況。註5:國立清華大學（2015)
而除了清華大學，台灣還有「ATIDA亞洲太赫茲發展協會」，為推動太赫茲技的非營利組織，其宗旨在推廣太赫茲產業的合作、交流和研發等，培育新一代太赫茲技術人才並加強其應用，雖然目前並不為大眾所知，但他們正在向民眾普及關於太赫茲技術的知識，此外，他們也辦了三屆的太赫茲技術應用專題實作競賽，對太赫茲技術在台灣的發展貢獻有一席之地。註6湯凱元（2020)
相關應用
藉由太赫茲波本身具有的特性，他被廣泛地使用在許多領域，以下我們舉了三種關於太赫茲應用的產業為例：
首先，在通訊方面，太赫茲波的波段具有特殊性，在無線通訊方面可達至6G的頻率範圍，將原先5G的頻段擴大許多，而速度方面也有更大的進步，突破現有通訊的屏障及困難，有望提高通訊的便利性和效能。
2021 年 6 月，韓國的三星電子( Samsung Electronic )宣布和加州大學聖塔芭芭拉分校(UCSB)合作，兩方的研究員於美國電機電子工程師學會(IEEE)舉行了國際通訊 會議(ICC 2021)，以太赫茲通訊研討為主題時，他們發表了太赫茲於創新6G技術的潛力及研究員的展示。在過程中，研究員呈現了端對端原型系統，可用於處理較大的 寬頻與快速的連接訊號，另外，系統可實現 6.2 Gbps 的即時傳輸量，可見太赫茲頻率上擁有調控波束的能力。註7:三星電子（2021)
太赫茲的頻率界定屬於遠紅外線，它的繞射特性相較於現今所用的電磁波較不出色，引此出現了通訊上會互相干擾的問題。為了解決太赫茲在繞射上的缺陷，美國國防高等研究計畫局(DARPA)自 2016 年起，就和些許非營利組織及十多家企業共同開啟了一項由 30 多所美國大學組成的合作研究項目「聯合大學微電子學計畫(JUMP:Joint University Microelectronics Program)」，對太赫茲的感測器與通訊技術做進一步的研究，而目前，太赫茲電信技術，已在太空通訊以及少數高海拔地區有一定的成果。註8:國防高等研究計劃署(2022)
再來，具有透視性能的太赫茲波，應用於探測方面也獲得許多成果：
日本的愛德萬測試公司(Advantest)研發了太赫茲光與成像系統（即太赫茲光譜）為「TAS7500 系列」，以太赫茲光高穩定的檢測性能，可透過此儀器對化學藥品、通訊材料等進行快速和多功能的分析，可調整多種頻段，且不會造成對物品的破壞。註9: Advantest（2020)
除此之外，位於臺灣新北市的奈米趨勢科技公司也推出了「 Tera-Hz 太赫茲感測器」，可以用手持的方式進行接縫評估，及較大型物體如飛機材質和牆壁漆料的檢測。註10:奈米趨勢科技公司（2018)
這兩家公司皆利用太赫茲能穿透表層檢測分子的特性，製作出能檢視多種物質的探測器，而根據這種特質，太赫茲探測可以很好的應用在生醫，和藝術分析工作上。
在生醫產業，臺灣的筑波醫電公司開發了「時域光譜儀系統」和「生醫影像檢測應用」，前者可用於檢測細胞成分，後者則能夠量測細胞生物影像。「2022 新竹創新科技論壇」中，筑波醫電以「AI 結合太赫茲影像技術之突破應用」 為主題，分享在生醫的多項研究成果，包括洗腎患者 AI 模型心電圖鉀離子分析、靜脈壓迫症候群 AI 輔助等，太赫茲波的非破壞性與非接觸性的特性，在醫學上有極大的幫助。註11：筑波醫電公司（2022)
隨著醫療的進步，在醫療行為上，各方皆在謀求以最低傷害達到理想的醫療效果，而太赫茲波的非破壞性、安全性及高解析度，可用於區分組織是否發生病變，對醫生與患者而言，都是非常方便以及安全的。相關研究最早可見於2002 年時，Woodward 等利用太赫茲波型的變化對正常細胞與癌症細胞進行了掃描與分析，以細 胞含水量的不同分辨，可看到太赫茲於醫療方面的進步與前景。R.M. Woodward, V.P. Wallace, B.E. Cole, et al.(2002) 註12
於藝術，太赫茲探測技術在此領域發展情況久於前幾種產業，主要可透過透視多層的顏料與檢測材質，藉由架構出各個材料的光譜，鑑識畫作的圖層以及內容物，其中「太赫茲光譜技術」及「太赫茲成像」已應用於檢測文物及藝術品。約於 20 世紀後期，文物工作者們開始應用太赫茲輻射，日本情報通信研究院(National Institute of Information and Communications Technology， NICT)於 2007 年建立了藝術材料的太赫茲光譜數據庫。另外，研究員對 18 世紀新古典主義畫家尼古拉·阿比德高(Nicolai Abildgaard)的繪畫作品以太赫茲成像原理進行分析，更發現了重繪的情形，該探測是藉由波長的反射時間長短來界定物質，而太赫茲不具有破壞的穿透性，更是提高考古文物及鑑定年代的功能，對畫作的真偽也有更準確地判定。註12:National Institute of Information and Communications Technology[ NICT]（2018)
經由上述舉例，太赫茲產業至今大多應用於探測、偵測與分析方面，太赫茲波具開創性質的實用功能在許多產業皆存在一定程度的需求，其中提出不同產業中太赫茲科技 延續發展的部分。以太赫茲在 6G 通訊技術方面為例，使用太赫茲波頻段，可帶來更高的效率與效能，多數現代人追求生活的便利性，因此基於人們的需求，待技術更加成熟，此方面可能於未來大有發展。
為何需要6G呢？
「隨著通訊技術的發展，未來在B5G/6G世代，無線通訊將全方位地滿足人類及機器等無所不在的智慧聯網，包括智慧交通、智慧物流、智慧醫療等新興產業領域，並對整個通訊產業帶來新的發展。」(財團法人人工智慧科技金會，2022)指出。
身為千禧年後的我們，比起所有世紀都還早接觸到科技的繁榮。2020年正值二十歲青年的我們，相較上一代還在使用BB Call丶CD Player 等有線通訊時，5G 通訊成功推入人們的生活。隨著時代更迭，國外許多研究團隊投入 6G 通訊的研究，那麼為何我們需要6G呢？
答案是追求更低的衰弱程度以及降低雜訊，透過6G訊號的高頻、寬頻及多天線的設計，將訊號的衰退程度及雜訊的大小降低。過去5G由於是靠室內定位配合感知使用，相較於4G，5G 在建設基地台上比4G多了許多，以達到將訊號的衰弱程度及降低雜訊，這主要是仰賴更高的頻率、更寬的波段，以及多基地台同時服務的方式達成。有了6G，訊號的延遲及雜訊降低許多，就好比在山上時，我們的手機訊號通常較不足，這是因為基地台不足的緣故，以此可推測現在的5Ｇ設備已無法滿足科技日新月異的時代，我們需要擁有更高的頻寬及更低的延遲。在未來無線通訊上能更加滿足人類，資訊傳遞將飛速的提升，形成更高效率、更方便的科技生活，小至手機的通訊設備，大至智慧新興產業，預計2030建設的6G世代可以更加方便靈活，雖然他必須克服需要比5Ｇ增加更多基地台的挑戰。
一般而言，相同功率下，高頻率相較於傳統的3G及4G大型基地台，未來6G應像5G一樣需要佈建多而廣的小型基地台與多組天線，以解決因頻率過高而造成在複雜的環境中較低的穿越性。(財團法人人工智慧科技金會，2022)
相關議題
在目前的市面上，由於大多數人對於「太赫茲」並不了解，一如十幾年前的「奈米」、「紅外線」…，太赫茲是一種新興科技，而在許多人的期待與臆測，以及頂著「太赫茲」的名號能夠獲得的商業利益，為商品標上「太赫茲」，成為商人的商業行銷手段。以「太赫茲健康水儀」為例，該產品主張可以活化飲用水，降低血液濃稠度 並排出體內毒素，能夠避免傷口受病菌感染，及改善睡眠;而於 2019 年 3 月的《每日頭條》報導也指出太赫茲的原理及功效:「人體 THz 太赫茲波得到提升，體內體溫會增加，病變細胞會得到修復和糾正，免疫力會提高，代謝會改善，濕毒被排除，心情會愉悅，身體疾病就會自愈。 」註13:每日頭條（2019)
然而，也有報導指出太赫茲水功效的不真實性。《中國南方都市報》於 2019 年 11 月發 佈了關於此事的報導:「赫茲水騙局:把自來水吹成“神水”賣上萬元 連杯蓋都能治頭痛」，新聞內容中提到物理學博士及健康專家對其的疑慮與不信任，此宣傳內容不僅充滿錯誤的物理常識，對於飲用水本質上的功能也被過分誇大，甚至並沒有全面的測試結果就這樣過分渲染功用，而由於上述這些效果並無實際且公正的科學根據，因此我們認為這是一種行銷噱頭，商人們在大眾尚未全面了解此項新技術時，為了賺取利益，使得浮誇的行銷噱頭層出不窮，此為太赫茲產業的其中一個亂象。註14:中國南方都市報（20919)
法律層面淺層討論
太赫茲在醫學方面有許多創新的技術，於此產業有充分的前景，如《醫療法》第八十二條第二項：「醫事人員因執行醫療業務致生損害於病人，以故意或違反醫療上必要之注意義務且逾越合理臨床專業裁量所致者為限，負損害賠償責任。」可見目前於醫療的部分有明文規定業務限制，而我們認為在界定太赫茲技術如何應用時，可將使用者的需求與類別區分，並訂製出關於該技術的使用範圍，在醫療進步的同時避免過當所造成的傷害。註15:全國法規資料庫
由於太赫茲波可透視物體的性質，在軍事安全方面也應規定法條控管及約束這項新技術的使用情形。中華民國《要塞堡壘地帶法》中，第四條至第六條皆有相關的限制，如第四條：「第一區內之禁止及限制事項」為例，其中第一項提到：「非受有國防部之特別命令，不得為測量、攝影、描繪、記述及其他關於軍事上之偵察事項。」若是太赫茲將來發展的更加完整，於國防的考量，政府應新增該技術在限制區內的禁用。註16全國法規資料庫
結論：
由於太赫茲科技尚位於創新階段，各類相關技術仍在開發中，需要更長的時間與更多樣的測試判定該技術的狀態，若以太赫茲目前的安全性而言，該特性在後續研究中如果可持續維持穩定的狀態，除了會被廣泛運用外，此技術使用的壽命將可能一直延續下去，因這項科技應還處於發展期的階段。所以科技的終結與取代似乎還言之過早。
關於發展階段，太赫茲技術在近年來雖然已經有相較二十年前大幅的發展，但還是相對是很年輕的科技，尚有許多問題需要克服，例如楊尚樺教授就有提到太赫茲元件的昂貴成本、低輸出功率、晶片無法適用於大眾生活的大小等都需要被克服。再者一般民眾甚至都不了解太赫茲，所以他也需要時間使大眾接受，相信未來，太赫茲的功能是可以受到大眾喜愛與接受的。
至於科技的擴散，雖然太赫茲要發展到成熟的階段還有一大段路要走，但如果未來能克服高成本的問題，讓比現在快上萬倍的 6G 無線網路進入民眾生活，那麼它的擴散將會是跨越地域限制和社經階級的，使用者將會是全世界的民眾，正如現在遍布全球的 5G 網路一般，只要民眾擁有手機，就能享受其便利性。而生醫影像、透視偵測的使用者應該就是會在少數族群如醫療團隊、研究機構或是保安檢查等，因此，太赫茲技術是十分有潛力與展望的新科技。
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