太赫兹是什么东西？

太赫兹（Tera Hertz，THz）是波动频率单位之一。

太赫兹（Tera Hertz，THz）是波动频率单位之一，又称为太赫，或太拉赫兹。等于1,000,000,000,000Hz，通常用于表示电磁波频率。

太赫兹是一种新的、有很多独特优点的辐射源；太赫兹技术是一个非常重要的交叉前沿领域，给技术创新、国民经济发展和国家安全提供了一个非常诱人的机遇可能引发科学技术的革命性发展。

太赫兹(THz)波的波段能够覆盖半导体、等离子体，有机体和生物大分子等物质的特征谱；利用该频段可以加深和拓展人类对物理学、化学、天文学、信息学和生命科学中一些基本科学问题的认识。

太赫兹的特点：

量子能量和黑体温度很低，如表1所示。

许多生物大分子的振动和旋转频率都处于THz波段，所以利用THz波可以获得丰富的生物及其材料信息。

THz辐射能以很小的衰减穿透如陶瓷、脂肪、碳板、布料、塑料等物质。

THz的时域频谱信噪比很高，使THz非常适用于成像应用。

瞬时带宽很宽(0.1～10THz)，利于高速通信。

提出了一种用于等离激元激光器的锁相方案，其中，行进的表面波将表面发射激光器阵列中的多个金属微腔纵向耦合。对于单模太赫兹激光器，证明了多瓦的发射，其中从激光阵列辐射的光子比在阵列中吸收的光子多，这些光子是光损耗。

Lehigh的光子学和纳米电子中心的研究人员使用新的锁相技术，实现了太赫兹激光器的创纪录的高输出功率，并报告了任何单波长半导体量子级联激光器的最高辐射效率。

太赫兹激光器可能很快就会出现。太赫兹激光器发出的辐射沿电磁波谱位于微波和红外光之间，由于它们能够穿透常见的包装材料（例如塑料，织物和硬纸板），并被用于识别和检测各种电磁波，因此一直是研究的重点。化学物质和生物分子种类，甚至可以成像某些类型的生物组织而不会造成损害。实现太赫兹激光的潜力在于通过提高功率输出和光束质量来提高其强度和亮度。

现在，桑迪亚的Kumar，Jin和John L. Reno报告了太赫兹技术的另一项突破：他们已经开发出一种用于等离激元激光器的新型锁相技术，并通过使用该技术实现了太赫兹激光器的创纪录的高功率输出。他们的激光器产生了任何单波长半导体量子级联激光器最高的辐射效率。2020年6月12日在Optica上发表的论文“在单光谱模式下具有2 W输出功率的锁相太赫兹等离子体激元激光器阵列”中对这些结果进行了解释。

Kumar说：“据我们所知，太赫兹激光器的辐射效率是迄今为止任何单波长QCL所展示的最高效率，也是关于这种QCL达到50％以上的辐射效率的第一份报告。” 。“如此高的辐射效率超出了我们的期望，这也是为什么我们的激光器的输出功率显着高于以前的功率的原因之一。”

为了提高半导体激光器的光功率输出和光束质量，科学家们经常利用锁相技术，这是一种电磁控制系统，可以迫使一系列光腔在锁定步骤中发出辐射。太赫兹QCL利用带有金属涂层（覆层）的光腔来限制光，是一类被称为等离子体激光激光器的激光器，以其不良的辐射性能而臭名昭著。他们说，现有文献中可用的技术数量有限，可用于大幅提高此类等离激元激光器的辐射效率和输出功率。

Jin说：“我们的论文描述了一种新的等离子激元锁相方案，该方案与以前在半导体激光器的大量文献中对锁相激光器的研究明显不同。” “已证明的方法利用了电磁辐射的传播表面波作为等离激元光学腔相锁相的工具。通过达到太赫兹激光器的创纪录的高输出功率，与以前的工作相比增加了一个数量级，证明了该方法的有效性。”

沿腔的金属层传播但在腔的周围介质中而不是内部而不是内部传播的传播表面波是Kumar研究小组近年来开发的一种独特方法，该方法将继续为进一步开拓新的途径革新。该团队期望他们的激光器的输出功率水平可以导致激光器研究人员和应用科学家之间的合作，以开发太赫兹光谱和基于这些激光器的传感平台。

QCL技术的这项创新是Kuhigh实验室在Lehigh进行长期研究的结果。Kumar和Jin通过大约两年的设计和试验共同开发了最终实现的想法。与桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratories）的里诺（Reno）博士的合作使库玛（Kumar）及其团队能够接收半导体材料，以形成用于这些激光器的量子级联光学介质。

据研究人员称，这项工作的主要创新在于光腔的设计，该腔在某种程度上与半导体材料的性能无关。他们说，Lehigh CPN 公司新获得的感应耦合等离子体（ICP）蚀刻工具在推动这些激光器的性能极限方面发挥了关键作用。

Kumar说，这项研究代表了如何开发窄光束单波长太赫兹激光器，并将在未来发展，这是一个范式转变。他补充说：“我认为太赫兹激光器的未来看起来非常光明。”

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