來源：科技日報

    美國科學家研制出一款緊湊型、在室溫下工作、能廣泛調諧的太赫茲激光器，是迄今性能最優異的太赫茲激光器，有望在高帶寬通信、超高分辨率成像、射電天文學等領域“大顯身手”。

    太赫茲頻率范圍位于電磁頻譜（介于微波和紅外線之間）的中間，可廣泛應用于多個科術領域，但由于太赫茲頻率激光光源體積大、效率低、調諧受限或必須在低溫下工作，所以，這一區域的電磁頻譜對大多數應用而言，仍可望而不可即。

    有鑒于此，哈佛大學、麻省理工學院和美國陸軍合作，研制出最新款太赫茲激光器。相關論文發表于最新一期《科學》雜志。它的大小類似于鞋盒的大小，可以在室溫下工作，以產生太赫茲激光，其頻率可以在很寬的范圍內進行調諧。團隊制造的太赫茲射線設備的重要之處在于它只有鞋盒般的大小。

    此次研究的突破在于，使用了高度可調諧的量子級聯激光器作為光泵，能夠有效產生可廣泛調諧的光。哈佛大學的卡帕索?費德里科等人將這些量子級聯激光泵與一氧化二氮激光器結合在一起，并優化了激光腔和透鏡，產生了接近1太赫茲的頻率。

    諾貝爾獎獲得者、馬克斯?普朗克量子光學研究所的西奧多?漢斯并沒有參與這項研究。他表示：“由量子級聯激光器泵浦的分子太赫茲激光器結構緊湊堅固，提供了高功率和寬調諧范圍，將開辟從傳感到基礎光譜的新應用領域。”

    論文第一作者，哈佛大學博士后研究員保羅?謝瓦利埃說：“這個概念是通用的，使用該架構，我們可以使用幾乎任何分子的氣體激光器制造太赫茲光源。”

    美國陸軍航空與導彈中心高級技術專家亨利?埃弗里特稱：“短距離、高帶寬無線通信、超高分辨率雷達和光譜學等領域，都需要這種激光器。尤其是在測量星際介質的組成和溫度等領域，星際分子在太赫茲區域擁有獨特的光譜‘指紋’，天文學家已使用這些‘指紋’來測量其組成和溫度，像最新激光器這樣更好的地面太赫茲輻射源將使這些測量更靈敏、更精確。”

    通常，這樣的機器需要大而笨重的設置，并且常常必須在超冷溫度下運行。研究人員制造的這種設備使用了現成的部件，旨在通過旋轉一氧化二氮中的分子能量來產生太赫茲波。太赫茲波并不是唯一有用的東西。太赫茲波也可以用于一種無線通信形式，它以比雷達更高的帶寬傳送信息。

    團隊制造的設備使用一種稱為量子級聯激光器或QCL的紅外光源。該激光器是緊湊和可調諧的最新發展。在尋找氣體時，研究小組著眼于一氧化二氮，該氧化亞氮被泵入了筆形的空腔中。該團隊可以使用其他氣體分子（例如一氧化碳和氨氣）以及與每種氣體匹配的QCL配對來創建類似的系統。

    所有研究結果都證實了太赫茲激光源的普遍性概念，根據研究人員王帆（音譯）的說法，當通過連續可調QCL泵浦時，太赫茲激光源可以在整個旋轉狀態下進行廣泛的調諧。該研究得到了美國陸軍研究辦公室和美國國家科學基金會的支持。