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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，在室溫環境下就可以產生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）

“這是一種產生太赫茲輻射的飛躍技術，”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有技術差距的關鍵。”

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生難以捉摸的有限調諧的頻率。

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、室溫的和廣泛可調的。該合作通過將量子級聯激光器泵浦（QCL pump）與一氧化二氮分子激光器相結合來實現該功能。

哈佛研究人員取得的成果是上述原型設備調整范圍的三倍多。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諧范圍。

“甲基氟化物作為太赫茲激光器已經使用了近50年，但當它被體積龐大的二氧化碳激光器泵浦時，只會產生幾個激光頻率，”美國陸軍光學科學高級技術專家Henry Everitt說，“我們報告的兩項創新，由量子級聯激光器泵浦形成的一個緊湊激光腔，結合起來使甲基氟能夠在數百條線上產生激光。”

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。“小于立方英尺的設備將使我們能夠將這一頻率范圍作為目標，在短程通信、短程雷達、生物醫學和成像方面的更多應用。”SEAS研究助理兼首席研究員Paul Chevalier對此表示。

“成熟、緊湊的量子級聯激光器與分子激光增益介質相結合，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。”DRS Daylight Solutions高級副總裁兼總經理、論文作者Timothy Day談到。