哈佛大學約翰·A·保爾森工程與應用科學學院（SEAS）的研究人員邁出了重要一步，將太赫茲頻率從難以到達的電磁頻譜區(qū)域并進入日常應用。研究團隊展示的新型緊湊型太赫茲激光器，在室溫環(huán)境下就可以產(chǎn)生120個跨越0.25-1.3太赫茲范圍的單獨頻率，比以前的太赫茲光源寬得多。該團隊報告說，該設備是同類產(chǎn)品中的第一款。
■實驗裝置示意圖。鍍金硅片用作分束器，將泵浦光束的一小部分反射到氣室中，而其余部分則進入太赫茲腔。（來源：Capasso實驗室/哈佛SEAS）
“這是一種產(chǎn)生太赫茲輻射的飛躍技術(shù)，”該論文的高級作者、SEAS應用物理學教授 Federico Capasso談到，“由于其緊湊性、效率、寬調(diào)諧范圍和室溫操作，這種激光器有可能成為在成像、安全或通信應用中彌合現(xiàn)有技術(shù)差距的關(guān)鍵?！?/p>
太赫茲頻率范圍是位于微波和紅外光之間的電磁頻譜中間。目前該頻率范圍仍然難以應用，時因為大多數(shù)太赫茲光源要么非常笨重、效率低下，要么需要低溫設備才能產(chǎn)生難以捉摸的有限調(diào)諧的頻率。
2019年，卡帕索集團與麻省理工學院和美國陸軍合作開發(fā)了一種激光器原型，證明太赫茲頻率源可以是緊湊的、室溫的和廣泛可調(diào)的。該合作通過將量子級聯(lián)激光器泵浦（QCL pump）與一氧化二氮分子激光器相結(jié)合來實現(xiàn)該功能。
哈佛研究人員取得的成果是上述原型設備調(diào)整范圍的三倍多。除其他進步外，新激光器用甲基氟化物代替一氧化二氮，甲基氟化物是一種與光場發(fā)生強烈反應的分子。SEAS研究生、該論文第一作者Arman Amirzhan表示，甲基氟化物非常擅長吸收紅外線和發(fā)射太赫茲，通過使用無毒的甲基氟，可以顯著提高激光器的效率和調(diào)諧范圍。
“甲基氟化物作為太赫茲激光器已經(jīng)使用了近50年，但當它被體積龐大的二氧化碳激光器泵浦時，只會產(chǎn)生幾個激光頻率，”美國陸軍光學科學高級技術(shù)專家Henry Everitt說，“我們報告的兩項創(chuàng)新，由量子級聯(lián)激光器泵浦形成的一個緊湊激光腔，結(jié)合起來使甲基氟能夠在數(shù)百條線上產(chǎn)生激光?！?/p>
研究人員說，這種激光器有可能成為有史以來設計的最緊湊太赫茲激光器之一。該團隊的目標是使其更加緊湊?！靶∮诹⒎接⒊叩脑O備將使我們能夠?qū)⑦@一頻率范圍作為目標，在短程通信、短程雷達、生物醫(yī)學和成像方面的更多應用?！盨EAS研究助理兼首席研究員Paul Chevalier對此表示。
“成熟、緊湊的量子級聯(lián)激光器與分子激光增益介質(zhì)相結(jié)合，形成了一個非常強大的太赫茲激光平臺，應用范圍從基礎研究到太赫茲分子檢測和成像、太赫茲通信和安全等?！盌RS Daylight Solutions高級副總裁兼總經(jīng)理、論文作者Timothy Day談到。
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