研究人員提出了一種用於(yu) 等離子體(ti) 激光器的鎖相方案，在麵發射激光陣列中，行波縱向耦合多個(ge) 金屬微腔。研究了單模太赫茲(zi) 激光的多瓦特輻射特性，在這種情況下，從(cong) 激光列陣輻射的光子比列陣內(nei) 吸收的光子要多。

太赫茲(zi) 激光是沿著電磁光譜發射出介於(yu) 微波和紅外光之間的輻射，由於(yu) 其穿透塑料、織物等常見包裝材料的能力，一直是研究的重點，以及紙板，用於(yu) 各種化學物質和生物分子物種的鑒定和檢測，甚至用於(yu) 對某些類型的生物組織進行成像而不造成損害。實現太赫茲(zi) 激光對我們(men) 的潛力取決(jue) 於(yu) 提高其強度和亮度，通過提高功率輸出和光束質量來實現。

蘇希爾·庫馬爾（Sushil Kumar）是美國利哈伊大學電子與(yu) 計算機工程係的副教授，他和他的研究團隊正致力於(yu) 太赫茲(zi) 半導體(ti) “量子級聯”激光器(QCL)技術的前沿。2018年，同樣隸屬於(yu) 利哈伊大學光子學和納米電子學中心（CPN）的庫馬爾報告了一種基於(yu) 新型“分布式反饋”機製提高單模激光器功率輸出的簡單而有效的技術。研究結果發表在《自然通訊Nature Communications》雜誌上，作為(wei) 太赫茲(zi) 量子級聯技術的一項重大進展，受到了廣泛關(guan) 注。這項工作由包括袁進在內(nei) 的研究生在Kumar的監督下，與(yu) 桑迪亞(ya) 國家實驗室合作完成。

現在， Kumar、Jin和John L. Reno研究人員報告了另一項太赫茲(zi) 技術的突破：他們(men) 開發了一種新的等離子激光鎖相技術，並通過它的使用，獲得了創紀錄的太赫茲(zi) 激光高功率輸出。他們(men) 的激光為(wei) 任何單波長半導體(ti) 量子級聯激光器產(chan) 生了最高的輻射效率。這些研究結果近期發表在Optica雜上，論文題目為(wei) “單譜模式輸出功率為(wei) 2w的鎖相太赫茲(zi) 等離子體(ti) 激光列陣”。

Kumar說：“據我們(men) 所知，太赫茲(zi) 激光的輻射效率是迄今為(wei) 止任何單波長量子級聯所能達到的最高水平，也是首次報道這種量子級聯的輻射效率超過50%。如此高的輻射效率超出了我們(men) 的預期，這也是為(wei) 什麽(me) 我們(men) 的激光輸出功率明顯大於(yu) 以前所獲得的功率的原因之一。”

為(wei) 了提高半導體(ti) 激光器的光功率輸出和光束質量，科學家們(men) 經常使用相位鎖定（phase locking），這是一種電磁控製係統，它迫使一組光腔以鎖定的方式發射輻射。太赫茲(zi) 量子級聯利用具有金屬塗層（包層）的光學腔進行光約束，這是一類被稱為(wei) 等離子體(ti) 激光器的激光器，其輻射特性差。他們(men) 說，現有文獻中可用的技術數量有限，即可用於(yu) 顯著提高此類等離子體(ti) 激光器的輻射效率和輸出功率。

“在我們(men) 的論文中，我們(men) 描述了一種新的等離子體(ti) 激光器鎖相方案，這與(yu) 以往在半導體(ti) 激光器方麵的大量文獻中對鎖相激光器的研究截然不同，”Jin說，“該方法利用電磁輻射的行波作為(wei) 等離子體(ti) 光腔鎖相的工具。該方法的有效性通過太赫茲(zi) 激光器的高輸出功率得到了證明，與(yu) 以前的工作相比，太赫茲(zi) 激光器的輸出功率增加了一個(ge) 數量級。”

行波表麵波沿著空腔的金屬層傳(chuan) 播，但在空腔的周圍介質中傳(chuan) 播，而不是在空腔的內(nei) 部傳(chuan) 播，是Kumar研究團隊近年來發展起來的一種獨特方法，它繼續為(wei) 進一步的創新開辟新的途徑。該團隊預計，他們(men) 激光器的輸出功率水平可能實現激光研究人員和應用科學家之間的合作，以開發基於(yu) 這些激光器的太赫茲(zi) 光譜和傳(chuan) 感平台。

量子級聯技術的這一創新是Kumar實驗室在利哈伊大學長期研究的結果。Kumar和Jin在大約兩(liang) 年的時間裏通過設計和實驗共同開發了最終實現的想法。與(yu) 桑迪亞(ya) 國家實驗室的Reno博士的合作使得Kumar和他的團隊能夠接收半導體(ti) 材料，從(cong) 而形成用於(yu) 這些激光器的量子級聯光學介質。

研究人員認為(wei) ，這項工作的主要創新在於(yu) 光學腔的設計，它在某種程度上獨立於(yu) 半導體(ti) 材料的特性。他們(men) 說，在利哈伊大學的利哈伊大學光子學和納米電子學中心，新獲得的電感耦合等離子體(ti) （ICP）刻蝕工具在推動這些激光器的性能邊界方麵發揮了關(guan) 鍵作用。

Kumar說，這項研究代表了這種單波長窄光束太赫茲(zi) 激光器的發展模式轉變，並將在未來得到發展，他補充說：“我認為(wei) 太赫茲(zi) 激光器的未來看起來非常光明。”