导语：这项技术通过特殊的芯片结构设计，让太赫兹波实现了对周围空间约75%的覆盖。

摘要：

2026年初，圣母大学（University of Notre Dame）的研究团队在《自然-光子学》（Nature Photonics）上发表了一项关于“拓扑漏波（Leaky）天线”的研究。这项技术通过特殊的芯片结构设计，让太赫兹波实现了对周围空间约75%的覆盖。这一实验成果改变了业界对于太赫兹波必须“点对点”定向传输的固有认知。使得人类在太赫兹通信领域的工程探索又前进了一大步。

利用“泄漏”实现全向覆盖

在太赫兹频段传输的工程实践中，控制波束走向是一个长期存在的难点。通常情况下，为了保证能量不被耗散，工程师在设计芯片时会极力避免信号泄漏，力求波束像激光一样精准定向。

圣母大学Ranjan Singh教授团队在2026年1月展示了一种不同的思路。他们设计了一种基于光子拓扑绝缘体概念的芯片，通过在硅晶圆上蚀刻特定的三角形晶格结构，故意引入“泄漏”通道。

实验结果显示，这种设计让太赫兹信号不再局限于直线的视距传播，而是形成了一个覆盖范围极广的波束，能够触及芯片周围大范围的三维空间。数据显示，该装置在无需机械转向部件的情况下，实现了72 Gbps的数据传输速率。这为太赫兹技术在非视距环境下的应用提供了一个新的工程参考样本。

要理解这一进展的意义，我们需要把目光投向该频段早年面临的物理困境，以及过去几年科研界是如何尝试解决这些问题的。

回溯：物理壁垒与2019年的产业想象

太赫兹波位于微波和红外线之间（0.1 THz - 10 THz），在物理学界常被称为“太赫兹间隙”（Terahertz Gap）。早年间，该频段的开发面临着几项严苛的物理限制：

最直接的障碍是大气衰减严重。水蒸气分子对太赫兹波有极强的吸收作用，导致信号在空气中传输距离极短。其次、芯片内传输损巨大。由于波长极短，太赫兹信号在芯片内部传输时对路径形状非常敏感，遇到尖锐的拐弯容易发生散射和损耗。再次，还缺乏高效器件。电子学方法（如晶体管）难以达到如此高的频率，而光学方法（如激光器）在小型化和功率上难以兼顾。

尽管技术尚不成熟，但产业界对它的关注并未停止，2019年是一个值得注意的时间节点。 彼时，随着5G商用启动，全球通信行业开始展望下一代技术。在北京举行的“2019世界5G大会”上，多位专家和运营商代表在讨论未来网络架构时，已经将太赫兹频段视为实现Tbps级（万亿比特每秒）传输速率的关键资源。当时，太赫兹更多是作为一个远期愿景出现在产业界的“想象清单”中，人们期待它能支撑起全息通信等大带宽应用。

2020-2026年的关键技术节点演进

之后几年，随着材料科学和微纳加工技术的进步，研究人员开始尝试在不同环节解决具体的技术卡点。

2020年，解决“拐弯”损耗――拓扑保护传输

在解决长距离传输之前，首先要确保信号能在微小的芯片内部顺畅流动。

2020年4月，新加坡南洋理工大学与日本大阪大学的团队在《自然-光子学》（Nature Photonics）上发表成果。他们引入了“光子拓扑绝缘体”的概念，在硅芯片上设计了两种不同排列方式的三角形孔洞。在两种晶格的交界处，太赫兹波被锁定在特定的路径上。

实验证明，利用这种结构，太赫兹信号即使经过多个120度的急转弯，也能保持极低的损耗。这项研究证实了通过结构设计控制太赫兹波流向的可行性，为后续的芯片小型化设计提供了理论依据。

2024年，提升单通道容量――全硅偏振复用器

随着传输路径的研究深入，如何在有限的频段内传输更多数据成为新的挑战。

2024年8月，澳大利亚阿德莱德大学与大阪大学的联合团队在《激光与光子学评论》（Laser & Photonics Reviews）上展示了一种新型全硅偏振复用器。传统的太赫兹复用器件带宽往往较窄。该团队利用高纯度浮区硅（float-zone silicon）制造了一种耦合器，能够同时处理两路频率相同但偏振方向不同的信号。

测试数据显示，该器件实现了190 Gbps的传输速率。这一工程尝试表明，在不增加频谱资源的前提下，利用偏振特性提升通信容量是可行的。

2025年，优化接口与封装――调制器与去透镜化

进入2025年，工程探索深入到了器件与外部世界的连接层面。

在电光转换环节，苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）利用等离激元（Plasmonic）效应，研发出了微型电光调制器。在高速通信中，太赫兹信号最终需要转换为光信号汇入光纤网络，新研制的调制器展示了在超高频段进行信号转换的能力，试图解决传统材料带宽不足的问题。

在信号发射环节，麻省理工学院（MIT）团队在2025年的国际固态电路会议（ISSCC）上提出了一种无透镜封装方案。以往为了让太赫兹波从芯片辐射到空气中，通常需要昂贵的硅透镜。MIT团队通过在芯片背面贴附一层带有特定图案的薄膜，实现了信号辐射。这种方案主要旨在降低封装成本和体积，为大规模制造提供可能性。

短距传输场景与太空环境下的应用潜力

2026年初圣母大学的实验表明，该漏波天线的辐射效率达到了90%到100%，这意味着几乎所有流经芯片的太赫兹信号都以精确可控的模式泄漏出去。这种高效率转化为实际应用能力：该系统可以同时传输未压缩的高清视频，并保持24 Gb/s的高速无线数据链路。

Ranjan Singh教授认为，在不久的将来，TeraFi（太赫兹Wi-Fi）将为家庭、办公室和数据中心提供远超当前标准的速度。“信号可以同时覆盖多个方向，”他说道，这种能力使其“非常适合需要同时建立多个可靠连接的环境，包括车辆、工厂和机器人平台。”

另一个极具想象力的使用空间发生在近乎真空的太空中，没有水蒸气的干扰，太赫兹波的传输特性将发生变化：

结合偏振复用和高速调制技术，卫星与卫星之间有机会建立起高带宽的数据通道，无需铺设实体线缆即可实现类似光纤的传输速度。同时，其适合在空间站或航天器内部构建无线网络。在封闭的金属舱体内，这种非视距传输能力可以让设备摆脱线缆束缚，支持高清晰度的实时监控与数据回传。

总体而言，太赫兹技术的发展是一系列针对物理局限的工程解题过程。随着这些技术模块的逐步积累，其在航天、工业检测等专用领域正在展现出独特的应用价值。