在電磁波譜中，太赫茲的頻率范圍位于微波和紅外線之間。太赫茲波可以在不損傷被檢測物質(zhì)的前提下對塑料、服裝、半導(dǎo)體和藝術(shù)品等進行材料分析，還可以用于分析星體的形成和行星大氣的組成。
目前使用可見光的垂直外腔表面發(fā)射激光器（VECSEL）已經(jīng)被廣泛用于生成高能束，但是這種技術(shù)此前并不適用于太赫茲頻率范圍。加州大學洛杉磯分校的電氣工程副教授本杰明·威廉姆斯帶領(lǐng)團隊研制了首個可以在太赫茲頻率范圍使用的VECSEL。研究結(jié)果近日發(fā)表在《應(yīng)用物理快報》上。
為了使VECSEL在太赫茲頻率范圍發(fā)出高能束，威廉姆斯團隊研制出帶有一個叫做“反射陣超材料表面鏡”裝置的VECSEL。這種裝置之所以如此命名，是因為它包含一個由大量微小天線耦合激光腔組成的陣列，這樣當太赫茲波經(jīng)過這個陣列時就“看”不到激光腔，反而會被反射回去，就像被普通的鏡子反射回去一樣。
“把超材料表面和激光器結(jié)合起來還是第一次。”威廉姆斯表示，這一方法既可以使激光器在太赫茲頻率范圍輸出更大的功率，還可以形成高質(zhì)量的激光束，而且超材料的使用可以讓科研人員對激光束進行進一步的設(shè)計，以生成理想的極化度、形狀和頻率等。
研究成員之一、論文第一作者許璐瑤（音譯）進一步解釋說：“通過將超材料表面作為外腔的一部分，我們不但可以改進激光束的形狀，還可以通過不同的外腔設(shè)計來為激光器帶來新功能。例如，通過使用獨立式電線偏振器或濾波器作為第二個反射面，我們只要簡單地旋轉(zhuǎn)偏振器就可以將激光器的輸出功率和效率最大化。”
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