来源：日本理化学研究所；电子科技大学红外毫米波与太赫兹研究院 张迁 编译

照片显示的是用来探测太赫兹辐射的基于共振隧穿二极管振荡器（插图）的太赫兹探测芯片。资料来源：理化学研究所高级光子学中心

    日本理化学研究所（RIKEN）的物理学家设计了一种有望同时产生和探测太赫兹辐射的半导体器件。这可能为太赫兹成像和传感应用以及高速下一代无线通信系统的高性能集成提供解决方案。

    太赫兹辐射是频率在0.1到10太赫兹之间的电磁波。在电磁光谱上，它介于微波和红外辐射之间。这个范围被称为太赫兹间隙，因为与在许多应用中广泛使用的频谱相比，并没有得到充分利用。

    太赫兹辐射没有被广泛使用的一个原因是，传统上很难产生和探测太赫兹辐射。但近年来该领域取得了许多进展，太赫兹辐射在机场安全和医疗用途的成像以及使用太赫兹波代替微波作为信息载体的无线通信系统中越来越受到关注。

    虽然共振隧穿二极管（RTD）振荡器的半导体器件多年来一直被用于太赫兹发射源，但日本理化学研究所高级光子学中心的Yuma Takida和Minamide发现，它也可以用于室温下探测太赫兹辐射。

    Takida说：“我们的结果表明太赫兹谐振隧穿二极管可以用作太赫兹波的敏感探测器，这将有助于集成振荡器和检测器单芯片的发展，这将为太赫兹实际应用铺平道路。”

    理研的这对搭档，与东京理工学院的Safumi Suzuki 和Masahiro Asada合作，制造了一种可以在两种检测模式下工作的共振隧穿二极管。其中一种模式在探测太赫兹波时特别灵敏，其性能可与基于二极管的探测器相媲美。

    Takida指出：“谐振隧穿二极管与其他检测器相比有几个关键优势：对大功率更高的耐受力带来的更宽的动态范围以及室温下更高的灵敏度。此外，我们已经证明，一个单一的谐振隧穿二极管设备可以用作太赫兹频率波的发生器和检测器。”

    Takida认为，对太赫兹技术需求的不断增长和半导体技术的进步使这项工作成为可能。

    该团队预计，优化设计将使器件能够在0.1到2太赫兹范围内工作。他们未来的工作将集中于提高谐振隧穿二极管探测器的灵敏度，并找寻太赫兹波段宽带外差混频的综合解决方案。