来源：optics.org；电子科技大学红外毫米波与太赫兹研究院 朱凯星、郑文杰 编译

    据说是从单半导体激光器输出的“世界上最长波长”。

太赫兹非线性QCL以450μm的波长发射  图片来源：滨松

    日本滨松光子学株式会社（Hamamatsu Photonics）宣布，他们已经成功地在太赫兹范围内以450μm的波长产生太赫兹波，这家日本光学巨头还说，“这是在室温条件下能够可靠的从单半导体激光器产生的世界上最长的波长”。

    该公司在发布的公告中表示：“为了实现这一突破，我们开发了长波长中红外量子级联激光器，根据太赫兹波生成原理的研究和分析结果设计了激光器结构。这项研究结果将有助于对含有亚太赫兹电磁波成分的药品和食品进行质量和无损检测。除此以外，还可以用于亚毫米天文学和高速、大容量、短距离通信”。支持这一进展的研究细节发表在《纳米光子学》杂志上。

    研究背景

    2018年，滨松公司开发了一种"太赫兹非线性量子级联激光器"。采用了防交叉双上态设计（AnticrossDAUTM）设计，这种QCL从单半导体器件产生两条波长不同的中红外光线，波长范围为6至11μm，并在器件内部产生非线性光学效应。

    这种QCL作为单一紧凑型半导体激光器，在室温条件下工作并能产生波长高达150μm的太赫兹波。为了在亚太赫兹范围内产生波长更长的电磁波，必须生成两条波长较长的中红外射线。但是由于波长较长的光可能会被设备吸收，因此很难实现。

    研究人员评论说，“我们研究了许多QCL的特性，以阐明太赫兹非线性QCL中的波长转换过程。我们发现，可以应用非线性光学效应理论，称为相干光学整流，这是以前没有评估过的。通过利用非线性光学效应将该理论应用于波长转换机制，优化了抗交叉双上状态设计，以抑制器件内对光的意外吸收，从而允许输出两个中红外波长较长的光线可达14μm，也提高了波长转换效率。通过这种方式，我们成功的输出了450um波长的太赫兹波，这是世界上波长最长的太赫兹波，并产生于室温下运行的单半导体激光器。”

    其它可能的应用还包括亚毫米天文学，通过观测可见光和红外线无法看见的外层空间的尘埃和气体来研究恒星的诞生和形成过程。由于太赫兹波的波长比通常用于通信的无线电波短，并在一定程度上在空气中传播，因此可用于家庭、办公室、数据中心等短距离的高速和大容量通信。

    滨松公司表示，未来计划通过改进QCL结构的设计，以及采用光输出耦合结构和适当的半导体基板材料来提高太赫兹波输出效率，从而开发出更高功率的器件。