紧凑型太赫兹激光器可产生 120 个频率

哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）的研究人员展示了一种紧凑型太赫兹激光器，在室温下工作，可以产生 120个单独频率，跨越 0.25 至 1.3 太赫兹范围，比以前的太赫兹光源宽得多，该设备是同类产品中的第一款，将之前难以到达的电磁频谱区域引入日常应用。该研究发表在 APL Photonics上。

这是一项产生太赫兹辐射的领先技术，由于其紧凑、高效、宽调谐范围和室温操作，这种激光器有潜力成为弥合太赫兹差距的关键技术，用于成像、安全或通信。

图注，实验装置的示意图。镀金硅片用作分束器，将一小部分泵浦光反射到参考气体电池中，而其余部分则进入太赫兹腔。

太赫兹频率范围位于微波和红外光之间，目前大多数太赫兹光源要么非常笨重，效率低下，要么依赖低温设备来产生这些难以捉摸的调谐有限的频率。2019 年，卡帕索集团与麻省理工学院，美国陆军合作，开发了一个原型，证明太赫兹频率源可以是紧凑的、室温下操作且可广泛调谐。这项合作结合了 QCL 泵和一氧化二氮分子激光器的功能。目前的工作使该原型的调谐范围增加了三倍多。除其他进展外，这种新型激光器用甲基氟化物取代了一氧化二氮，甲基氟化物是一种与光场发生强烈反应的分子。

“这种化合物非常擅长吸收红外线和发射太赫兹，”SEAS 的研究生、该论文的第一作者 Arman Amirzhan 说。 “通过使用无毒的甲基氟，我们提高了激光的效率和调谐范围。”

“甲基氟作为太赫兹激光器已经使用了近 50 年，但当它被体积庞大的二氧化碳激光器泵浦时，它只会产生几个激光频率，”美国陆军光学科学高级技术专家 Henry Everitt 说。“我们报告的两项创新，一个由量子级联激光器泵浦的紧凑型激光腔，结合起来使甲基氟能够在数百条线上产生激光。”研究人员表示，这种激光器有可能成为有史以来设计的最紧凑的太赫兹激光器之一。该团队的目标是使其更加紧凑。

SEAS 的研究助理兼首席研究员 Paul Chevalier 说：“太赫兹频率范围内，体积不到一个立方英尺的设备，将在短程通信、短程雷达、生物医学和成像方面有更多的应用。” DRS Daylight Solutions 高级副总裁兼总经理、该论文的合著者 Timothy Day 说，“成熟、紧凑的量子级联激光器与分子激光增益介质相结合，形成了一个非常强大的太赫兹激光平台，其应用从基础研究到太赫兹分子检测和成像、太赫兹通信和安全等等。 ”。