研究人員發明新型太赫茲半導體激光器

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新華網華盛頓８月８日電（記者 任海軍）美國哈佛大學和英國利茲大學研究人員在８日的英國《自然‧材料》雜志上報告說，他們利用“超材料”發明出一種新型太赫茲半導體激光器，其發射的太赫茲光波準直性能與傳統太赫茲光源相比顯著改善。

這項成果為太赫茲技術的廣泛應用提供了可能。哈佛大學目前已就這一發明提出專利申請。

在這項研究中，研究人員使用的“超材料”本身是常用的復合半導體材料砷化鎵，但材料結構是密集排布的溝槽，其深度隨距離呈周期性變化。這些溝槽分布在激光器發光區域附近，它們將激光器的發光轉換為沿器件表面傳播的表面等離子體，從而將光能擴散到極大的區域；這些表面等離子體的能量最終被“超材料”散射到自由空間成為若幹列太赫茲波，這些光波相幹疊加，成為一束高準直的激光束。

論文第一作者、目前在哈佛大學工程和應用科學學院做博士後研究的虞南方在接受新華社記者電話採訪時說，這項研究中的“超材料”在兩方面有別于傳統材料：其一，它增大了表面等離子體的光子動量，與自由空間光子的動量相比，前者更接近光源內部光子的動量；動量的匹配使大部分激光光能被轉換為表面等離子體，而不是被直接散射到自由空間。其二，與可見光波段表面等離子體不同，太赫茲表面等離子體和傳統材料表面的相互作用很弱，難于操縱；而“超材料”使表面等離子體局限在離器件表面小于一個波長的范圍內，從而實現對表面等離子體的有效控制。

太赫茲波是指頻率在０．１太赫茲至１０太赫茲（波長為３０００微米至３０微米）范圍內的電磁波，可以有效透過紙張、衣物、塑料等非金屬物品，在易燃物檢測、藥品質量檢驗、癌症和外傷診斷及星際微量化學物質探測等領域有廣泛應用前景。