太赫茲(zi) 波是位於(yu) 紅外和微波之間，頻率為(wei) 0.1~10THz的電磁波波段。由於(yu) 太赫茲(zi) 獨特的電磁學特性，太赫茲(zi) 技術在天體(ti) 物理學、生物醫學、無損檢測、無線通信、爆炸物檢測和GF安全等領域具有廣闊的應用前景，被譽為(wei) “改變未來的十大技術” 之一。高靈敏太赫茲(zi) 探測器是太赫茲(zi) 領域的關(guan) 鍵核心技術，實現室溫太赫茲(zi) 單光子探測器將對太赫茲(zi) 技術產(chan) 生顛覆性影響。在太赫茲(zi) 頻段,由於(yu) 單光子能量較低, 具有高靈敏高響應的材料和器件十分匱乏。盡管太赫茲(zi) 單光子探測在低溫環境已被實現，但室溫操作對於(yu) 實際應用至關(guan) 重要，在室溫下實現太赫茲(zi) 單光子探測仍然是一個(ge) 巨大的挑戰。

將能量較低的太赫茲(zi) 光子相幹轉換為(wei) 能量較高的可見光/近紅外光子是實現室溫超靈敏太赫茲(zi) 探測器最有前途的方法之一。然而盡管多種非線性介質已被嚐試用於(yu) 相幹轉換，如量子點等，但是目前的探測靈敏度與(yu) 已在低溫下實現的單光子探測相差多個(ge) 量級。因此，尋找一種合適的、具有高量子效率和低噪聲的室溫非線性介質是該領域的重要目標。

處於(yu) 高激發態的裏德堡原子具有許多獨特的性能，例如對外界電場有較高的靈敏度、較大的偶極相互作用和較強的非線性等，在精密測量、量子計算/模擬、量子光源等方麵具有重要應用，是前沿研究方向。

近期，學會(hui) 副理事長華東(dong) 師範大學武海斌教授和華東(dong) 師範大學盛繼騰教授團隊基於(yu) 裏德堡原子氣室首次實現室溫太赫茲(zi) 單光子探測。實驗中，基於(yu) 裏德堡非簡並六波混頻過程，將低能量的太赫茲(zi) 光子相幹上轉換為(wei) 高能量的近紅外光子，並使用可見光矽基單光子探測器測量，從(cong) 而實現太赫茲(zi) 單光子探測，全過程無需低溫冷卻。實現的太赫茲(zi) 探測器的噪聲等效功率（NEP）為(wei) 9.5×10-19 W/Hz1/2，優(you) 於(yu) 已報道的室溫太赫茲(zi) 探測器四個(ge) 數量級以上。探測器量子效率為(wei) 4.3%，動態範圍為(wei) 40.6 dB，最大轉換帶寬為(wei) 172 MHz，可實現連續弱太赫茲(zi) 場探測，帶寬等參數可以通過輔助光場連續可調。此外，基於(yu) 該探測器測量了輸入太赫茲(zi) 光子的二階關(guan) 聯函數，證明了其執行單光子檢測的能力。該單光子太赫茲(zi) 探測器係統有望實現便攜式和小型化，成為(wei) 新一代太赫茲(zi) 接收器，在下一代無線通信（6G頻段）、載人航天、衛星遙感、醫學成像等領域有重要應用前景。

相關(guan) 研究結果發表在Applied Physics Reviews 11, 041420 (2024)，被選為(wei) 亮點論文，並被美國物理學聯合會(hui) 《科學之光》（Scilight）專(zhuan) 題文章采訪報道。

圖1. (a) 太赫茲(zi) —近紅外光子相幹上轉換原理圖；(b) 非簡並六波混頻87Rb 原子係統能級圖；(c) 實驗裝置示意圖；(d) 六波混頻產(chan) 生信號 (紅色) 和泵浦場透射信號 (藍色) 。