美国哈佛大学和英国利兹大学研究人员在8日的英国《自然·材料》杂志上报告说，他们利用“超材料”发明出一种新型太赫兹半导体激光器，其发射的太赫兹光波准直性能与传统太赫兹光源相比显著改善。
这项成果为太赫兹技术的广泛应用提供了可能。哈佛大学目前已就这一发明提出专利申请。
在这项研究中，研究人员使用的“超材料”本身是常用的复合半导体材料砷化镓，但材料结构是密集排布的沟槽，其深度随距离呈周期性变化。这些沟槽分布在激光器发光区域附近，它们将激光器的发光转换为沿器件表面传播的表面等离子体，从而将光能扩散到极大的区域；这些表面等离子体的能量最终被“超材料”散射到自由空间成为若干列太赫兹波，这些光波相干叠加，成为一束高准直的激光束。
论文第一作者、目前在哈佛大学工程和应用科学学院做博士后研究的虞南方在接受新华社记者电话采访时说，这项研究中的“超材料”在两方面有别于传统材料：其一，它增大了表面等离子体的光子动量，与自由空间光子的动量相比，前者更接近光源内部光子的动量；动量的匹配使大部分激光光能被转换为表面等离子体，而不是被直接散射到自由空间。其二，与可见光波段表面等离子体不同，太赫兹表面等离子体和传统材料表面的相互作用很弱，难于操纵；而“超材料”使表面等离子体局限在离器件表面小于一个波长的范围内，从而实现对表面等离子体的有效控制。
新型太赫兹激光器突破了传统材料的限制，研究人员刻了一组亚波长光栅，直接加倍了超材料晶面的光流量，设备以3太赫兹(百亿赫兹)的频率发射光线(波长为100微米，在可见光谱中属于远红外线)，大大降低了这些半导体激光器的散射角度，同时保持了光能的高输出功率。
这种超材料被直接嵌入光学设备的高吸收性砷化镓晶面上，在演示中能看到，人造光显示出深浅不同的微米光栅，各具不同的功能。浅蓝色的狭缝能将输出的激光功率加倍，导向并限定在晶体表面。
太赫兹射线(T—rays)能穿透纸张、衣物、塑料和其他一些材料，在探测隐匿武器和生物制剂方面非常理想，在做肿瘤成像检测时对人体无伤害和副作用，还能探测材料内部诸如断裂之类的缺陷，也可用于星际稀薄化学物质的高灵敏探测。
研究人员卡帕索表示，新的人造光学设备，从晶面上发出的激光器非常紧密，瞄准度非常高，高度凝聚使光能有效聚集，这是昂贵且笨重的传统透镜达不到的。
另一位研究人员林菲尔德说，新的太赫兹激光器还能用于海关探测非法药品，并能检验生产和存储的药物是否合格。这种超材料还能用作一种演示的工具，同时还具有一些神奇的潜在功能，如用来研发隐身斗篷、负折射和高解晰图像。
研究的另一项重要意义就是这种超材料的光导作用。该设备产生的极强太赫兹光线，以直线光束导向激光晶面，这种超强的限定导向作用，还可应用于传感器和太赫兹光路。
太赫兹波是指频率在0．1太赫兹至10太赫兹（波长为3000微米至30微米）范围内的电磁波，可以有效透过纸张、衣物、塑料等非金属物品，在易燃物检测、药品质量检验、癌症和外伤诊断及星际微量化学物质探测等领域有广泛应用前景。
太赫兹技术是近年来十分热门的一个研究领域，2004年被评为影响世界未来的十大科技之一。太赫兹波是指频率在0.1THz—10THz范围的电磁波，介于微波与红外之间，它能够穿透非金属材料，从而为安检、医学成像提供新的手段，在物体成像、医疗诊断、环境检测、通讯等方面具有广阔的应用前景。
关于太赫兹
目前，国际上对太赫兹辐射已达成如下共识，即太赫兹是一种新的、有很多独特优点的辐射源；太赫兹技术是一个非常重要的交叉前沿领域，给技术创新、国民经济发展和国家安全提供了一个非常诱人的机遇。它之所以能够引起人们广泛的关注、有如此之多的应用，首先是因为物质的太赫兹光谱（包括透射谱和反射谱）包含着非常丰富的物理和化学信息，所以研究物质在该波段的光谱对于物质结构的探索具有重要意义；其次是因为太赫兹脉冲光源与传统光源相比具有很多独特的性质。
THz波（太赫兹波）或称为THz射线（太赫兹射线）是从上个世纪80年代中后期，才被正式命名的，在此以前科学家们将统称为远红外射线。太赫兹波是指频率在0.1THz到10THz范围的电磁波，波长大概在0.03到3mm范围，介于微波与红外之间。实际上，早在一百年前，就有科学工作者涉及过这一波段。在1896年和1897年，Rubens和Nichols就涉及到这一波段，红外光谱到达9um（0.009mm）和20um（0.02mm），之后又有到达50um的记载。之后的近百年时间，远红外技术取得了许多成果，并且已经产业化。但是涉及太赫兹波段的研究结果和数据非常少，主要是受到有效太赫兹产生源和灵敏探测器的限制，因此这一波段也被称为THz间隙。随着80年代一系列新技术、新材料的发展，特别是超快技术的发展，使得获得宽带稳定的脉冲THz源成为一种准常规技术，THz技术得以迅速发展，并在实际范围内掀起一股THz研究热潮。
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