美國麻省理工學(xué)院(MIT)電子研究實(shí)驗(yàn)室(Research Laboratory of Electronics)的研究人員展示一款新的terahertz (Thz)光譜系統(tǒng)，可利用量子級聯(lián)雷射(QCL)技術(shù)在僅100微秒(μs)的時(shí)間內(nèi)擷取某種材料的光譜特微。
傳統(tǒng)的THz光譜需要相當(dāng)于大型行李箱尺寸的強(qiáng)大輻射來源，而且必須以不同的手動(dòng)調(diào)整頻率進(jìn)行多種測量。相形之下，這款以芯片為基礎(chǔ)的系統(tǒng)可在幾毫秒(ms)的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行全自動(dòng)化吸收頻譜與化學(xué)鑒定。
這項(xiàng)主題為“利用雷射頻率光梳實(shí)現(xiàn)Terahertz多外差光譜”(Terahertz multiheterodyne spectroscopy using laser frequency combs)的研究發(fā)表在最近一期的《Optica》期刊，該論文的主要作者——MIT電子工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系研究生Yang Yang解釋，基于OCL的頻率光梳能以數(shù)學(xué)方式在幾次測量后重新建構(gòu)材料的吸收指紋圖譜，無需進(jìn)行任何機(jī)械調(diào)整，就能透過電子整合實(shí)現(xiàn)快速自動(dòng)化。
這項(xiàng)研究的主要突破在于可使QCL光梳的間距更為平均，使其得以在“增益介質(zhì)”(gain medium)長度決定的多個(gè)頻率范圍內(nèi)發(fā)射輻射光源。
為了使雷射頻率區(qū)段更均勻，MIT的研究人員們使用一種形狀奇特的增益介質(zhì)，每一側(cè)都具有規(guī)則且對稱的凹槽，能夠改變介質(zhì)的折射率以及恢復(fù)發(fā)射頻率的分布一致性。他們開發(fā)出一種能夠產(chǎn)生單一、不間斷頻率光梳的新式增益介質(zhì)，由幾百個(gè)交錯(cuò)的砷化鎵(GaAs)和砷化鋁鎵(AlGaAs)分層組成，各具有不同但精確的校準(zhǔn)厚度。
這種新的QCL建置還有另一項(xiàng)有趣的特性——僅用非常短的THz輻射脈沖，即可從目標(biāo)擷取可靠的光譜特征。由于大約僅需要1%的時(shí)間，雷射并不需要像其他THz光源一樣得進(jìn)行大量冷卻，因而可實(shí)現(xiàn)更緊密的解決方案。
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