太赫茲激光器可能很快就會出現(xiàn)。太赫茲激光器發(fā)出的輻射沿電磁波譜位于微波和紅外光之間，由于其能夠穿透常見的包裝材料(例如塑料，織物和硬紙板)并被用于識別和檢測各種電磁波，因此一直是研究的重點。化學物質和生物分子種類，甚至可以成像某些類型的生物組織而不會造成損害。實現(xiàn)太赫茲激光對我們的潛力取決于通過提高功率輸出和光束質量來提高其強度和亮度。

Lehigh大學電氣與計算機工程系的副教授Sushil Kumar和他的研究團隊致力于太赫茲半導體“量子級聯(lián)”激光器(QCL)技術的前沿研究。在2018年，同樣隸屬于里海大學光子學與納米電子中心(CPN)的庫瑪(Kumar)報告了一種簡單而有效的技術，它基于一種新型的“分布式反饋”機制來增強單模激光器的功率輸出。該結果發(fā)表在《自然通訊》雜志上，作為太赫茲QCL技術的一項重大進步而受到了廣泛關注。這項工作是由包括袁進，

現(xiàn)在，桑迪亞的Kumar，Jin和John L. Reno報告了太赫茲技術的另一項突破：他們已經(jīng)開發(fā)出一種用于等離激元激光器的新型鎖相技術，并通過使用該技術，實現(xiàn)了太赫茲激光器的創(chuàng)紀錄的高功率輸出。他們的激光器產生了任何單波長半導體量子級聯(lián)激光器最高的輻射效率。這些結果在昨天在Optica上發(fā)表的論文“在單光譜模式下具有2 W輸出功率的鎖相太赫茲等離子體激元激光器陣列”中得到了解釋。

Kumar說：“據(jù)我們所知，太赫茲激光器的輻射效率是迄今為止任何單波長QCL所證明的最高效率，也是關于這種QCL達到50%以上的輻射效率的第一份報告。” 。“如此高的輻射效率超出了我們的期望，這也是為什么我們的激光器的輸出功率顯著大于以前獲得的功率的原因之一。”

為了提高半導體激光器的光功率輸出和光束質量，科學家們經(jīng)常利用鎖相技術，這是一種電磁控制系統(tǒng)，可以迫使一系列光腔在鎖定步驟中發(fā)出輻射。太赫茲QCL是利用一類帶有金屬涂層(覆層)的光腔來限制光的，它是一類被稱為等離子激元激光器的激光器，以其不良的輻射性能而臭名昭著。他們說，現(xiàn)有文獻中可用的技術數(shù)量有限，可用于顯著地提高這種等離激元激光器的輻射效率和輸出功率。

Jin說：“我們的論文描述了一種用于等離子體激元激光器的新鎖相方案，該方案與先前在大量有關半導體激光器的文獻中對鎖相激光器的研究明顯不同。”“所證明的方法利用了電磁輻射的傳播表面波作為等離激元光腔的鎖相工具。該方法的有效性通過為太赫茲激光器實現(xiàn)了創(chuàng)紀錄的高輸出功率而得到了證明，該功率已經(jīng)提高了約一個數(shù)量級。與先前的工作相比。”

沿腔的金屬層傳播但在腔的周圍介質中而不是內部而不是內部傳播的行進表面波是Kumar研究小組近年來開發(fā)的一種獨特方法，該方法將繼續(xù)為進一步發(fā)展開辟新途徑革新。該團隊期望他們的激光器的輸出功率水平可以導致激光器研究人員和應用科學家之間的合作，以開發(fā)太赫茲光譜和基于這些激光器的傳感平臺。

QCL技術的這項創(chuàng)新是Kuhigh實驗室在Lehigh進行長期研究的結果。Kumar和Jin通過大約兩年的設計和試驗共同開發(fā)了最終實現(xiàn)的想法。與桑迪亞國家實驗室(Sandia National Laboratories)的里諾(Reno)博士的合作使庫瑪(Kumar)及其團隊能夠接收半導體材料，以形成用于這些激光器的量子級聯(lián)光學介質。

據(jù)研究人員稱，這項工作的主要創(chuàng)新在于光腔的設計，該腔在某種程度上與半導體材料的性能無關。他們說，Lehigh CPN公司新獲得的電感耦合等離子體(ICP)蝕刻工具在推動這些激光器的性能極限方面發(fā)揮了關鍵作用。

Kumar說，這項研究代表了如何開發(fā)窄光束單波長太赫茲激光器，并將在未來發(fā)展，這是一個范式轉變。他說：“我認為太赫茲激光器的前景非常光明。”