哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）的研究人员迈出了重要一步，将太赫兹频率从难以到达的电磁频谱区域并进入日常应用。研究团队展示的新型紧凑型太赫兹激光器，在室温环境下就可以产生120个跨越0.25-1.3太赫兹范围的单独频率，比以前的太赫兹光源宽得多。该团队报告说，该设备是同类产品中的第一款。

■实验装置示意图。镀金硅片用作分束器，将泵浦光束的一小部分反射到气室中，而其余部分则进入太赫兹腔。（来源：Capasso实验室/哈佛SEAS）

“这是一种产生太赫兹辐射的飞跃技术，”该论文的高级作者、SEAS应用物理学教授 Federico Capasso谈到，“由于其紧凑性、效率、宽调谐范围和室温操作，这种激光器有可能成为在成像、安全或通信应用中弥合现有技术差距的关键。”

太赫兹频率范围是位于微波和红外光之间的电磁频谱中间。目前该频率范围仍然难以应用，时因为大多数太赫兹光源要么非常笨重、效率低下，要么需要低温设备才能产生难以捉摸的有限调谐的频率。

2019年，卡帕索集团与麻省理工学院和美国陆军合作开发了一种激光器原型，证明太赫兹频率源可以是紧凑的、室温的和广泛可调的。该合作通过将量子级联激光器泵浦（QCL pump）与一氧化二氮分子激光器相结合来实现该功能。

哈佛研究人员取得的成果是上述原型设备调整范围的三倍多。除其他进步外，新激光器用甲基氟化物代替一氧化二氮，甲基氟化物是一种与光场发生强烈反应的分子。SEAS研究生、该论文第一作者Arman Amirzhan表示，甲基氟化物非常擅长吸收红外线和发射太赫兹，通过使用无毒的甲基氟，可以显著提高激光器的效率和调谐范围。

“甲基氟化物作为太赫兹激光器已经使用了近50年，但当它被体积庞大的二氧化碳激光器泵浦时，只会产生几个激光频率，”美国陆军光学科学高级技术专家Henry Everitt说，“我们报告的两项创新，由量子级联激光器泵浦形成的一个紧凑激光腔，结合起来使甲基氟能够在数百条线上产生激光。”

研究人员说，这种激光器有可能成为有史以来设计的最紧凑太赫兹激光器之一。该团队的目标是使其更加紧凑。“小于立方英尺的设备将使我们能够将这一频率范围作为目标，在短程通信、短程雷达、生物医学和成像方面的更多应用。”SEAS研究助理兼首席研究员Paul Chevalier对此表示。

“成熟、紧凑的量子级联激光器与分子激光增益介质相结合，形成了一个非常强大的太赫兹激光平台，应用范围从基础研究到太赫兹分子检测和成像、太赫兹通信和安全等。”DRS Daylight Solutions高级副总裁兼总经理、论文作者Timothy Day谈到。