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具有120个频率的新型紧凑太赫兹激光器
发布时间:2022-03-14 21:12:37 阅读:544

来源:Harvard University (哈佛大学);电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 张美玥 编译

图1. (a) CH3F在1000 cm−1附近的ν3= 1振荡带的室温红外光谱,显示了P-、Q-和R -分支跃迁的吸收截面与波数的关系,数据来源于HITRAN数据库 (b)在30 mTorr,JL = 11的地面振动等级下,多普勒展宽的 R 支振动跃迁的模拟室温光谱,使用参考文献16估计相对功率效率 (c) 和阈值 (d) 由低级激光水平 JU − 1 和K的函数绘制,根据J = 13 → 12, K = 3 转变的各自数值进行归一化。对于Q-支泵, JU − 1 = JL − 1, 对于R-支泵, JU − 1 = JL。资料来源:DOI: 10.1063/5.0076310

    研究人员已经朝着将太赫兹频率从难以触及的电磁波谱区域引入日常应用方面迈出了重要一步。在一篇新的论文中,研究人员展示了一种首创的太赫兹激光器,它结构紧凑,在室温下运行,并且可以产生120个跨越0.25THz至1.3THz的单独频率,范围远超过以前的太赫兹源。

    该激光器可用于一系列应用,例如皮肤和乳腺癌成像、药物检测、机场安全和超高容量的光学无线链接。

    这项研究是由哈佛大学约翰-A-保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的一个团队与DEVCOM陆军研究实验室和DRS Daylight Solutions合作进行的,发表在APL Photonics上。

    Federico Capasso说:“这是一项产生太赫兹辐射的飞跃性技术。”他是SEAS的Robert L. Wallace应用物理学教授和Vinton Hayes电子工程高级研究员,也是该论文的高级作者。“由于其紧凑,效率高,调谐范围宽和能在室温下运作的特性,这种激光器有潜力成为在成像、安全或通信应用中弥补太赫兹缺口的关键技术。”

    太赫兹频率范围在电磁波谱中间,介于微波和红外光之间,由于大多数太赫兹源要么非常庞大,低效,要么依赖于低温设备以有限的调谐能力来产生这些难以捉摸的频率,所以目前仍很难得到应用。

    2019年,卡帕索小组与麻省理工学院和美国陆军合作开发了一个原型,证明了太赫兹频率源可以通过将量子级联激光器泵浦与一氧化二氮分子激光器结合起来,实现紧凑、室温运行和宽范围可调谐。

    新研究将该原型的调谐范围扩大了三倍以上。在其他进展中,新的激光器用甲基氟化物取代了一氧化二氮,这是一种与光场发生强烈反应的分子。

    “这种化合物在吸收红外线和发射太赫兹波方面效果很好,”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化物,我们提高了激光器的效率和调谐范围。”

    “甲基氟化物被用作太赫兹激光器已有近50年的历史,但它在被体积庞大的二氧化碳激光器泵浦时只能产生几个激光频率,"美国陆军光学科学高级技术专家、该论文的共同作者Henry Everitt说。"我们报告的两项创新,即由量子级联激光器泵浦的紧凑型激光腔,结合起来能使甲基氟化物在数百条线路上发光。”

    这种激光器已经有潜力成为有史以来设计的最紧凑的太赫兹激光器之一,研究人员的目标是使其更加紧凑。

    SEAS的助理研究员和该团队的首席研究员Paul Chevalier说:“一个不到一立方英尺的装置将使我们能够针对这一频率范围,在短程通信、短程雷达、生物医学和成像方面实现更多的应用。”

    DRS Daylight Solutions的高级副总裁兼总经理Timothy Day说:“成熟、紧凑的量子级联激光器与分子激光增益介质的结合,已经造就了一个非常强大的太赫兹激光平台,其应用范围非常广,从基础研究到太赫兹分子检测和成像、太赫兹通信和安全以及其他方面。”他也是这篇论文的合著者。

 
 

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