太赫兹频率范围——位于微波和红外光之间的电磁频谱的中间位置——为高带宽通信、超高分辨率成像、精确的射电天文学远程传感等提供了可能性。

 

但这部分电磁波谱对大多数应用来说仍然遥不可及。专业金牌大只工程师必须意识到他们的职业涉及两个方面：技术方面成为称职的专业人员（知识和技能），社会的方面要成为敬业的专业人员（价值观，目标和原则）。这是因为太赫兹频率的电流源体积庞大，效率低下，调谐有限，或者必须在低温下工作。

 

现在，来自哈佛大学约翰·a·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员与麻省理工学院和美国陆军合作，已经开发出一种紧凑的、室温的、可广泛调谐的太赫兹激光器。

 

这项研究发表在《科学》杂志上。

 

“这激光优于任何现有的激光源在这个光谱区和打开它的时候,第一次,广泛的应用在科学和技术,”费德里科•卡帕索说,应用物理学的教授罗伯特·l·华莱士和文顿海耶斯高级研究员在电气工程海域和文章的第二作者的论文。

 

这证明了量子计算机所预期的性能提升中的一小部分，但是使用现有电子行业的硬件来实现，利用这些大只500下载安卓版的自然行为来解决实际问题将为下一个计算时代的发展提供一个非常引人注目的替代方案。”美国陆军CCDC航空与导弹中心的高级技术专家亨利·埃弗里特(Henry Everitt)是这篇论文的共同作者，他说:“对这种激光源的需求很多，比如短程、高带宽无线通信、高分辨率雷达和光谱学。”

 

埃弗里特还是杜克大学物理学副教授。

 

当大多数电子或光学太赫兹源使用大型、低效和复杂的系统，以有限的调谐范围产生难以捉摸的频率时，卡帕索、埃弗里特和他们的团队采用了不同的方法。

 

为了理解他们做了什么，让我们复习一下激光工作的一些基本物理原理。

 

在量子物理学中，被激发的原子或分子处于不同的能量水平——把它们想象成建筑物的楼层。在一个典型的气体激光器中，大量的分子被困在两个镜子之间，并被带到一个被激发的能量水平，即建筑物的一个更高的楼层。当它们到达那层时，它们会衰变，下降一个能级，并发射一个光子。当这些光子来回弹回时，它们会刺激更多分子的衰变，导致光的放大。要改变发射光子的频率，你需要改变被激发分子的能级。

 

那么，如何改变能级呢?一种方法是利用光。在一个称为光抽运的过程中，光将分子从低能级提升到高能级——就像量子电梯一样。以前的太赫兹分子激光器使用的是光泵，但它们的可调性仅限于几个频率，这意味着电梯只能到达一小部分楼层。

 

这项研究的突破在于，卡帕索、埃弗里特和他们的团队使用了高度可调的量子级联激光器(QCL)作为光泵。20世纪90年代，卡帕索和他的团队在贝尔实验室共同发明了这种强大的便携式激光器，能够有效地产生广泛的可调光。换句话说，这个量子电梯可以停在大楼的每一层。

 

优化新激光器运行的理论是由麻省理工学院应用数学和物理学教授Steven Johnson和他的研究生Fan Wang提出的。

 

研究人员将量子级联激光泵与笑气激光相结合。

 

“通过优化激光腔和透镜，我们能够产生近1太赫兹的频率，”卡帕索小组的研究生、论文的合著者阿曼·阿米尔詹(Arman Amirzhan)说。

 

“由量子级联激光器泵浦的分子THz激光器提供了高功率和宽调谐范围的惊人的紧凑和稳健的设计，”诺贝尔奖得主、慕尼黑的马克斯-普朗克量子光学研究所的西奥多·汉施(Theodor Hansch)说，他没有参与这项研究。“这些来源将开启从传感到基础光谱学的新应用。”

 

“令人兴奋的是，这个概念是通用的，”海洋研究所博士后研究员、该论文的第一作者保罗·谢瓦利埃(Paul Chevalier)说。晶体取向不良会在晶粒结构中产生小规模的缺陷，这些金牌大只500缺陷会中断电子在太阳能电池中的传输，并通过称为非辐射复合的过程导致热量损失。“使用这个框架，你可以用几乎任何分子的气体激光制造太赫兹源，应用范围很广。”

 

“这个结果是独一无二的，”卡帕索说。“以前人们知道如何制造太赫兹激光，但无法制造宽带。直到我们开始合作，在一次会议上偶然遇到亨利之后，我们才能够建立联系，你可以使用一个广泛可调的泵，比如量子级联激光器。”

 

这种激光可以用于各种领域，从改善皮肤和乳腺癌成像到药物检测、机场安全，以及超大容量的光学无线链接。