在量子级联激光器中产生光学频率梳。由谐波梳状态产生的频谱间距是基频测得频率的10到100倍（右），从而能够在该平台上实现全新的应用。可以使用相同类型的设备来产生两种类型的频率梳。源自：Jared Sisler / 哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院

光频梳是广泛用于测量和检测不同频率的高精度工具——例如不同颜色的光波。 与发射单个频率的常规激光器不同，这类激光器同时发射多个频率。等间隔的频率就像梳子一样。光频梳可小到用于测量特定分子的指纹谱大到检测远距离的外太空行星。

目前，哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）的研究人员正在研究使用红外频率梳来产生太赫兹波频的可能性。太赫兹频率是位于无线电波和红外波之间的电磁频谱。一直在通信和传感领域具有双重特性，但又对发射源要求极为苛刻。通过利用最近出现的激光器，SEAS研究人员已经在量子级联激光器中发现了一种红外频率梳，能够提供一种产生太赫兹频率的新方法。

这个新系统可产生谐波频率梳，它的齿数与传统频率梳相差几十倍。大而精确的间距允许这些光波共同激发，从而产生非常纯净的太赫兹波。

该项研究已经在《自然》杂志的光电子增刊中刊发。

应用物理学教授Robert L. Wallace 和Federico Capasso，与电气工程高级研究员和论文的作者Vinton Hayes介绍说：“激光物理学发现量子级联激光器的谐波状态令人震惊”。“直到最近，有人认为多模激光器通常会在谐振腔的任意频率上出射，在谐波状态下，可避免产生多腔体频率，更重要的是，这一发现在电磁场的未被研究的频谱——太赫兹波——开启了不可预见的机会。”

在传统的频率梳中，间距被取决于激光腔特征长度的较小频率分隔开，这意味着间距会挨的很近。然而，谐波频率梳可以使用该频率的较大倍数。

Capasso实验室的博士后研究员Marco Piccardo也是本文的第一作者表示：“借助这种新的梳子机制，我们可以绕过腔体长度设定的严格限制，并在量子级联激光频率梳的范围内具有前所未有的灵活性。”

该项研究的关键在于证明大部分梳确实是等间距。当使用额外的参考梳，研究小组能够以高分辨率来研究谐波频梳谱。

Capasso研究小组的访问学者及文章的第一作者Dmitry Kazakov说，“我们发现这些线条等距离的不确定性仅有300赫兹，这只相当于万亿分之五的精度。就像一个人可以测量从地球到月球的距离，并且精度比人的头发丝还小。”

当前大多数的太赫兹发生器使用在接近零温度下工作的大型复杂光学系统来产生太赫兹频率。使用量子级联激光器的谐波频率梳可在室温下工作，并且是自启动的，意味着当通电后，激光器可自动切换到该状态。Capasso说“这开启了全新的频率梳应用，特别是在无线通信领域。我们预计在不久的将来，这种梳状机制将促使新一代芯片的调制解调器以太赫兹频率运行，满足消费者对高速传输数据不断增长的通信需求。”

来源： https://phys.org/news/2017-10-optical-frequency-convenient-elusive-terahertz.html

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