太赫茲激光很快就要迎來他們的輝煌時刻了。太赫茲激光的輻射介于微波和紅外線電磁波譜，由于太赫茲激光能夠穿透日常包裝材料如塑料、布料等，又可以用作各種化學物質(zhì)和生物分子識別，有時候?qū)δ承┥锝M織成像時還不會造成損傷，所以太赫茲激光一直是密集研究的重點。通過提高功率輸出和光束質(zhì)量，太赫茲激光的強度和亮度也會相應提高，這一點對于完全實現(xiàn)太赫茲激光的潛力至關重要。 美國理海大學電子與計算機工程系的副教授Sushil Kumar和他的研究團隊正在太赫茲半導體量子級聯(lián)激光（QCL）技術的前沿領域工作。2018年，同樣隸屬于里海光子學和納米電子中心（CPN）的Kumar報告了一種基于新型“分布反饋”機制的技術，這種技術能夠簡單高效地提高單模激光器的輸出功率。該研究結(jié)果發(fā)表在《自然通訊》雜志上，作為太赫茲量子級聯(lián)激光技術的重大進展，受到了廣泛關注。 如今，Kumar帶領的團隊又發(fā)表了太赫茲技術的新突破。他們?yōu)榈入x子體激光器開發(fā)了一種新的鎖相技術，并通過它的使用，實現(xiàn)了太赫茲激光器創(chuàng)記錄的高功率輸出。他們的激光器在單波長半導體量子級聯(lián)激光器中產(chǎn)生了最高的輻射效率。論文發(fā)表在Optica上，名為《單頻模式下輸出功率為2w的鎖相太赫茲等離子體激光陣列》（Phase－locked terahertz plasmonic laser array with 2 W output power in a single spectral mode）
圖片來源：理海大學 Kumar說：“據(jù)我們所知，我們的太赫茲激光的輻射效率是迄今為止所有單波長量子級聯(lián)激光中最高的，也是第一次報道輻射效率超過50％的量子級聯(lián)激光。研究人員表示，他們研究的太赫茲激光的輻射效率甚至已經(jīng)超出預期。 為了提高半導體激光器的光功率輸出和光束質(zhì)量，科學家經(jīng)常會使用鎖相技術。鎖相是一種電磁控制系統(tǒng)，可以迫使一組光腔以同步的方式發(fā)射輻射。太赫茲量子級聯(lián)激光器是一種利用帶有金屬涂層（包層）的光腔進行光約束的激光器，亦被稱為等離子體激光器，其輻射性能很差。 研究人員表示，在以前的文獻中，只有有限的幾種技術可以用來大幅度提高等離子體激光器的輻射效率和輸出功率。而他們論文描述了一種新的等離子體激光器鎖相方案，與之前在半導體激光器的大量文獻中鎖相激光器的研究有明顯的不同。該方法利用電磁輻射的行波作為等離子體光腔鎖相的工具，最后他們的太赫茲激光器輸出功率比以前提高了一個數(shù)量級。 沿空腔的金屬層傳播表面波，但在空腔的周圍介質(zhì)中傳播而不是在空腔內(nèi)部傳播，是一種獨特的方法。Kumar的團隊希望他們的激光器的輸出功率水平能夠促使激光研究人員和應用科學家合作開發(fā)太赫茲光譜學和基于這些激光器的傳感平臺。 研究人員表示，這項研究的主要創(chuàng)新在于光學腔的設計，這在一定程度上獨立于半導體材料的特性。新獲得的電感耦合等離子（ICP）刻蝕工具在推動這些激光器的性能往極限發(fā)展發(fā)揮了關鍵作用。 這項研究代表了窄光束單波長太赫茲激光器發(fā)展模式的轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變將在未來繼續(xù)發(fā)展，Kumar說，“我認為太赫茲激光器的未來看起來非常光明�！� |
