Only Perception: 室溫下的兆赫（THz）雷射源

2008-06-08

室溫下的兆赫（THz）雷射源

Terahertz laser source at room temperature
http://www.physorg.com/news131716749.html

June 03, 2008

"這裡有愈來愈濃厚的興趣，在各種應用上利用兆赫輻射（terahertz radiation，T-rays），" Mikhail BelkinM，哈佛大學的科學家表示。"兆赫區域是電磁譜的一部份，那介於無線電波與紅外／可見光之間。"

然而，在兆赫範圍內產生光有點難以處理："目前，要在室溫下產生這種輻射涉及到固態雷射，而那龐大笨重且耗能。" 為了要使實用兆赫裝置與系統的創造更加容易，Belkin 指出 "我們想要創造一種緊湊的電泵（electrically-pumped）兆赫源，類似那種你能裝入雷射指示筆中的紅外線與可見光半導體雷射，而且要能在室溫下運作。"

一個在兆赫範圍運作的雷射裝置的應用包括安全篩檢、無線電天文學、生醫造影與光譜學。"我們研究的主要資金來自於安全那方面，" Belkin 解釋。"兆赫射線能穿透硬紙板、塑膠、衣服以及其他許多材料，因此我們能夠透過密封的包裝，為藏匿起來的武器造像，或偵測化學物質與生物製劑。"

與 Texas A&M 大學以及瑞士聯邦技術研究所的同僚合作，Belkin 相信在開發實用的、能產生兆赫輻射的室溫電泵半導體雷射裝置上已經跨出了第一步。關鍵是要在一個裝置中將雙波長紅外線半導體雷射與巨光學非線性（giant optical nonlinearity）結合，以進行不同頻率的混合。他們目前的裝置在室溫下產生大約 300nW 的 5THz 輻射。這些發現發表在 Applied Physics Letters 5/19 的一篇文章上。

"我們對此問題採取一種不尋常的方法，在中紅外線（mid-infrared）中探求一個在室溫下運作的雙波長量子級聯雷射（quantum-cascade laser）並在雷射腔內利用一種產生差頻（difference-frequency）的非線性光學處理器來產生兆赫輻射，" Belkin 透過 e-mail 解釋。

他表示："為了要讓這個概念能用，我們需要在雷射腔內總成巨光學非線性。這藉由生長一種結構來完成，那包含超薄原子層半導體材料的相互堆疊。這種方法讓我們能夠在結構中調整能量水平以創造出一種人造的、具有非常大光學非線性的介質。"

現在，Belkin 承認，他們目前裝置的兆赫功率輸出小於他們所想要的。然而，他們還是示範了第一個兆赫輻射的室溫電泵半導體雷射源。此外，這個團隊已經修改設計以增強兆赫功率輸出。"當這些結構最佳化時，我們有把握我們裝置的輸出功率能改進達好幾個數量級，" Belkin 說。

※ 相關報導：

＊ Room temperature terahertz quantum cascade laser source based on intracavity difference-frequency generation
http://link.aip.org/link/?APPLAB/92/201101/1

Mikhail A. Belkin, Federico Capasso, Feng Xie,
Alexey Belyanin, Milan Fischer, Andreas Wittmann, and
Jerome Faist
Appl. Phys. Lett. 92, 201101 (2008);
DOI: 10.1063/1.2919051