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新型紧凑太赫兹激光器能在室温下工作
发布时间:2019-11-22 09:58:35 阅读:477

来源:科技日报

    美国科学家研制出一款紧凑型、在室温下工作、能广泛调谐的太赫兹激光器,是迄今性能最优异的太赫兹激光器,有望在高带宽通信、超高分辨率成像、射电天文学等领域“大显身手”。

    太赫兹频率范围位于电磁频谱(介于微波和红外线之间)的中间,可广泛应用于多个科术领域,但由于太赫兹频率激光光源体积大、效率低、调谐受限或必须在低温下工作,所以,这一区域的电磁频谱对大多数应用而言,仍可望而不可即。

    有鉴于此,哈佛大学、麻省理工学院和美国陆军合作,研制出最新款太赫兹激光器。相关论文发表于最新一期《科学》杂志。它的大小类似于鞋盒的大小,可以在室温下工作,以产生太赫兹激光,其频率可以在很宽的范围内进行调谐。团队制造的太赫兹射线设备的重要之处在于它只有鞋盒般的大小。

    此次研究的突破在于,使用了高度可调谐的量子级联激光器作为光泵,能够有效产生可广泛调谐的光。哈佛大学的卡帕索⋅费德里科等人将这些量子级联激光泵与一氧化二氮激光器结合在一起,并优化了激光腔和透镜,产生了接近1太赫兹的频率。

    诺贝尔奖获得者、马克斯⋅普朗克量子光学研究所的西奥多⋅汉斯并没有参与这项研究。他表示:“由量子级联激光器泵浦的分子太赫兹激光器结构紧凑坚固,提供了高功率和宽调谐范围,将开辟从传感到基础光谱的新应用领域。”

    论文第一作者,哈佛大学博士后研究员保罗⋅谢瓦利埃说:“这个概念是通用的,使用该架构,我们可以使用几乎任何分子的气体激光器制造太赫兹光源。”

    美国陆军航空与导弹中心高级技术专家亨利⋅埃弗里特称:“短距离、高带宽无线通信、超高分辨率雷达和光谱学等领域,都需要这种激光器。尤其是在测量星际介质的组成和温度等领域,星际分子在太赫兹区域拥有独特的光谱‘指纹’,天文学家已使用这些‘指纹’来测量其组成和温度,像最新激光器这样更好的地面太赫兹辐射源将使这些测量更灵敏、更精确。”

    通常,这样的机器需要大而笨重的设置,并且常常必须在超冷温度下运行。研究人员制造的这种设备使用了现成的部件,旨在通过旋转一氧化二氮中的分子能量来产生太赫兹波。太赫兹波并不是唯一有用的东西。太赫兹波也可以用于一种无线通信形式,它以比雷达更高的带宽传送信息。

    团队制造的设备使用一种称为量子级联激光器或QCL的红外光源。该激光器是紧凑和可调谐的最新发展。在寻找气体时,研究小组着眼于一氧化二氮,该氧化亚氮被泵入了笔形的空腔中。该团队可以使用其他气体分子(例如一氧化碳和氨气)以及与每种气体匹配的QCL配对来创建类似的系统。

    所有研究结果都证实了太赫兹激光源的普遍性概念,根据研究人员王帆(音译)的说法,当通过连续可调QCL泵浦时,太赫兹激光源可以在整个旋转状态下进行广泛的调谐。该研究得到了美国陆军研究办公室和美国国家科学基金会的支持。

 
 

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