新型潜力太赫兹辐射源

对国际上关于半导体太赫兹辐射源和太赫兹传输波导之间的耦合问题的研究进展和最新动态进行了较详细的分析和归纳总结。太赫兹频段是一个非常有科学价值电磁波频段,它在信息科学,天文学、医学、环境科学、国防等领域都有广阔的应用前景和应用价值。太赫兹的应用除了太赫兹辐射源,太赫兹传输器件,太赫兹探测器等关键器件之外,还必须解决太赫兹辐射源和太赫兹传输器件之间的耦合问题。

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在过去十年里，世界各地的研究小组对太赫兹频段（100GHz到10THz）的探索和研究飞速发展。这自然包括了物理学和生物学相结合的应用发展。这些应用包括药物产品的谱分析（例如区分药品中的不同成分或者分析不同的化学物质的比例），爆炸物和违法药品的检测，皮肤表面组织的疾病检测（例如皮肤癌）和工业过程的检测。这些需求将太赫兹源和传统的需求相结合，例如当前和未来天文项目的探测器和系统；还有浓缩物质和纳米结构的研究，这些物质的能级和尺寸都处于太赫兹谱范围。 dC4`xUv  
太赫兹能否最终开启物理学与生物学交融的广泛应用？科学家们提出一种新型的太赫兹源或许可以实现。 AvIheR  
既然有如此好的应用前景，且太赫兹波位于微波和中红外电磁波谱中间，而这两个领域的器件已在日常生活中广泛应用。那为什么太赫兹研究人员还只是提及太赫兹的潜在应用和市场的潜力？为什么这些应用的产品都没有市场化呢？这主要是因为源技术水平，现在还不存在一种紧凑的、室温的、高功率的、可控的、可频率调谐的半导体太赫兹源。由Belkin等人提出的技术方案就是用于制造一种能满足当前需求的新型太赫兹辐射源。 \{rhHb\|h  
在微波频段，紧凑的电子器件已被广泛的作为高功率的源。但是在频率高于100GHz的频段，由于电子在器件中的搬运次数变短，电容效应占了主导，制造大功率的器件变得越来越困难。同样，从可见光电磁频段向太赫兹频段，由于能量分离越来越接近kBT（kB是博尔兹曼常数）激光器很难保持在两个状态间稳定，工艺难度加大。基于上述原因，大多数太赫兹波的应用都是使用的宽频带的飞秒激光器。这一技术在当前的制药工业上有着广泛的市场。但是，这一工艺是否可以有效的紧凑和便宜以用于各种应用还不是很明确。 rx]Q,;"  
在2002年，太赫兹量子级联激光器QCL取得突破。这一工作发展了前期1994年第一台中红外QCL的工作。中红外激光器目前可工作在室温连续波模式，且在大气污染物检测等方面有着广泛的应用。但不幸的是，太赫兹量子级联激光器目前的工作温度是164K，可否工作在室温还是一个未知数。而164K的工作温度记录就是由本文中Belkin等人保持的。他们不仅仅试图进一步优化太赫兹量子级联激光器的性能，还更换了两个已很好工作的中红外设计，并把它们集合到一个半导体芯片上。于是，太赫兹辐射由两个独立的中红外频率混频产生。实际情况是混频是在一个半导体芯片上，而这个芯片包括了两个中红外量子级联激光器。前期的工作通过混频技术用于产生太赫兹波都没有实现，甚至当采用两个波长在800纳米的近红外激光器对偶极子时都没能实现。 41B.ZE+*qd  
那么Belkin等人的这种新型紧凑的，完整的太赫兹源实际工作如何呢？现在，这一器件可以产生60微米（约为5THz）可调节（通过改变一个中红外激光器的输出波长）的太赫兹输出。尽管还处于实践阶段，但是这一新型太赫兹源还是具有在室温工作的潜力。 XmO]^ `  
难道这就是那种我们急切寻找的太赫兹辐射源吗？答案是否定的，至少现在还不是。当前的源只能产生约100纳瓦的输出，工作在80K。这远远小于大多数可以开展太赫兹的应用。Belkin等人引入的这种方法可以数量级的提高输出功率，希望这种方法可以在将来若干年引发国际上这一领域的发展。但是，只有时间能够证明这一方法是否能够成为太赫兹频率的重要辐射源。 3bLOT#t  
By Edmund Linfield _eQ-'")  
参考文献：1. Upadhya, P. C. et al. Spectrosc. Lett. 39, 215–224 (2006).2. Shen, Y. C. et al. Appl. Phys. Lett. 86, 241116 (2005).3. Woodward, R. M. et al. J. Invest. Dermatol. 120, 72–78 (2003).4. Belkin, M. A. et al. Nature Photon. 1, 288–292 (2007).5. K?hler, R. et al. Nature 417, 156–159 (2002).6. Faist, J. et al. Science 264, 553–556 (1994).7. Williams, B. S. et al. Opt. Express 13, 3331–3339 (2005). 1IgTJ" \  
太赫兹波(TH z W ave),是指频率在0.1~10TH z范围内的电磁波,其波段位于电磁波谱中毫米波和远红外光之间(波长在30μm~3 m .. ;E{
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