哈佛大學約翰·A·保爾森工程與(yu) 應用科學學院（SEAS）的研究人員邁出了重要一步，將太赫茲(zi) 頻率從(cong) 難以到達的電磁頻譜區域並進入日常應用。研究團隊展示的新型緊湊型太赫茲(zi) 激光器，在室溫環境下就可以產(chan) 生120個(ge) 跨越0.25-1.3太赫茲(zi) 範圍的單獨頻率，比以前的太赫茲(zi) 光源寬得多。該團隊報告說，該設備是同類產(chan) 品中的第一款。

■實驗裝置示意圖。鍍金矽片用作分束器，將泵浦光束的一小部分反射到氣室中，而其餘(yu) 部分則進入太赫茲(zi) 腔。（來源：Capasso實驗室/哈佛SEAS）

“這是一種產(chan) 生太赫茲(zi) 輻射的飛躍技術，”該論文的高級作者、SEAS應用物理學教授 Federico Capasso談到，“由於(yu) 其緊湊性、效率、寬調諧範圍和室溫操作，這種激光器有可能成為(wei) 在成像、安全或通信應用中彌合現有技術差距的關(guan) 鍵。”

太赫茲(zi) 頻率範圍是位於(yu) 微波和紅外光之間的電磁頻譜中間。目前該頻率範圍仍然難以應用，時因為(wei) 大多數太赫茲(zi) 光源要麽(me) 非常笨重、效率低下，要麽(me) 需要低溫設備才能產(chan) 生難以捉摸的有限調諧的頻率。

2019年，卡帕索集團與(yu) 麻省理工學院和美國陸軍(jun) 合作開發了一種激光器原型，證明太赫茲(zi) 頻率源可以是緊湊的、室溫的和廣泛可調的。該合作通過將量子級聯激光器泵浦（QCL pump）與(yu) 一氧化二氮分子激光器相結合來實現該功能。

哈佛研究人員取得的成果是上述原型設備調整範圍的三倍多。除其他進步外，新激光器用甲基氟化物代替一氧化二氮，甲基氟化物是一種與(yu) 光場發生強烈反應的分子。SEAS研究生、該論文第一作者Arman Amirzhan表示，甲基氟化物非常擅長吸收紅外線和發射太赫茲(zi) ，通過使用無毒的甲基氟，可以顯著提高激光器的效率和調諧範圍。

“甲基氟化物作為(wei) 太赫茲(zi) 激光器已經使用了近50年，但當它被體(ti) 積龐大的二氧化碳激光器泵浦時，隻會(hui) 產(chan) 生幾個(ge) 激光頻率，”美國陸軍(jun) 光學科學高級技術專(zhuan) 家Henry Everitt說，“我們(men) 報告的兩(liang) 項創新，由量子級聯激光器泵浦形成的一個(ge) 緊湊激光腔，結合起來使甲基氟能夠在數百條線上產(chan) 生激光。”

研究人員說，這種激光器有可能成為(wei) 有史以來設計的最緊湊太赫茲(zi) 激光器之一。該團隊的目標是使其更加緊湊。“小於(yu) 立方英尺的設備將使我們(men) 能夠將這一頻率範圍作為(wei) 目標，在短程通信、短程雷達、生物醫學和成像方麵的更多應用。”SEAS研究助理兼首席研究員Paul Chevalier對此表示。

“成熟、緊湊的量子級聯激光器與(yu) 分子激光增益介質相結合，形成了一個(ge) 非常強大的太赫茲(zi) 激光平台，應用範圍從(cong) 基礎研究到太赫茲(zi) 分子檢測和成像、太赫茲(zi) 通信和安全等。”DRS Daylight Solutions高級副總裁兼總經理、論文作者Timothy Day談到。