ヘルツからテラヘルツへ——使えるスペクトルの頂点
この換算がしていること
周波数を 1 兆で割ります。テラヘルツは非常に大きな単位なので、結果はたいてい小さな小数になります。ふつうの無線周波数の信号は、0 が十数個並ぶ数になるのです。このツールはそれを 0 の長い列ではなく指数表記で書くので、有効数字が埋もれずに見えます。
テラヘルツが分光の単位である理由
マイクロ波帯と赤外線の間には、長いあいだ電子工学でも光学でもうまく扱えなかった領域が広がっています。その周波数は毎秒およそ 1 兆周期で、多くの分子が回転し振動する範囲にあたるため、物質が何でできているかの指紋がここに現れます。ヘルツで書くのは現実的でないからこそこの単位があり、1 ヘルツはそのごく僅かな割合にとどまります。
ヘルツからテラヘルツへの換算表
分光の目印になる周波数を両方の単位で並べ、ヘルツ側が誰も書き留めないような数字になる境目を示します。
| ヘルツ (Hz) | テラヘルツ (THz) |
|---|---|
| 1 | 1e-12 |
| 50 | 5e-11 |
| 60 | 6e-11 |
| 440 | 4.4e-10 |
| 1000 | 1e-9 |
| 20000 | 2e-8 |
| 100000 | 1e-7 |
スペクトルの真ん中にある隙間
隙間より下では、信号は電子の振動で作られ、アンテナで読まれます。上では原子の遷移で作られ、レンズで読まれます。どちらの手法も自分の端ではよく働き、真ん中では苦手です。テラヘルツはその真ん中にあり、両隣の帯域より何十年も遅れて実用になった理由がそこにあります。
ゼロではなく指数を読む
1 Hz をテラヘルツで書くと小数第 12 位までの桁が並び、目で数えれば 10 倍の誤りを確実に招きます。指数表記はその手順を省きます。指数が桁数そのものを表しているからです。
よくある質問
1 テラヘルツは何ヘルツですか？
1 兆、つまり 100 万の 100 万倍です。接頭辞はヘルツから 1000 倍ずつ 4 段上がります。キロ、メガ、ギガ、テラです。よって 1 THz は 1000 GHz、100 万 MHz、1,000,000,000,000 Hz です。
1 Hz がテラヘルツではこんなに小さくなるのはなぜですか？
テラヘルツがふつうの周波数に比べて桁外れに大きいからです。1 ヘルツは 1 テラヘルツの 1 兆分の 1 で、換算器はそれを指数表記で書きます。0 に丸めているのではなく、正確に 1 兆分の 1 で、すべての桁が保たれています。
テラヘルツギャップとは何ですか？
およそ 0.1 から 10 THz のあいだの、従来の電子回路でも通常の光学でも効率よく扱えない帯域のことです。いちばん速いトランジスタより上、いちばん長い赤外レーザーより下にあり、実用的な光源と検出器がそろったのはごく最近です。
テラヘルツは何に使われますか？
周波数が物質を特定する分子分光、衣類や紙を通り抜けつつ素材ごとに吸収の違うことを利用した非破壊イメージング、そして同じ性質を活かした医療や保安の検査などです。
テラヘルツ波は危険ですか？
非電離放射線なので、X 線のように化学結合を切ることはなく、光子あたりのエネルギーも可視光よりずっと小さいものです。走査用途で魅力的なのは主にそのためです。とはいえ放射線である以上、被曝の限度と地域の規制はやはり適用されます。