波长介于微波与红外之间的太赫兹频段，随着科技进步而终于有望得到利用，使用前景广阔。 据美国物理学家组织网6月30日(北京时间)报道，美国科研人员开发出了首个集成太赫兹(THz)固态收发器，新设备比目前使用的太赫兹波设备更小，功能更强大。相关研究成果发表在最新一期的《自然·光子学》杂志上。
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。美国能源部桑迪亚国家实验室的研究人员将同一块芯片上的探测器和激光器结合在一起，制造出了该接收设备。在实验中，研究人员将一个小的肖特基二极管嵌入一个量子级联激光器(QCL)的脊峰波导空腔中，让能量能够从量子级联激光器内部的磁场直接到达二极管的阴极，而不需要光耦合通路。这样，研究人员就不需要再为制造这些收发器等设备所需要的光学“零件”如何定位而“抓耳挠腮”了。
新的固态系统利用了太赫兹波发出的频率。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。
量子级联激光器是产生太赫兹辐射的重要器件之一，科学家于2002年演示了半导体太赫兹量子级联激光器。太赫兹量子级联激光器的一个优势在于其能够同其他组件一起被整合在同一个芯片上。然而，此前要想装配出灵敏的相干收发器系统，研究人员需要将零散的、并且常常是巨大的组件组合到一起。而现在，研究人员只是将太赫兹量子级联激光器和二极管混频器整合在一个芯片上，就可以组成一个简单实用的微电子太赫兹收发器。
研究人员也证明，新的太赫兹集成设备能够执行以前组件零散的太赫兹系统的所有基本功能，例如传输相干载波、接受外部信号、锁频等。
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Monolithically integrated solid-state terahertz transceivers
Michael C. Wanke
1, Erik W. Young
1,
3, Christopher D. Nordquist
1, Michael J. Cich
1, Albert D. Grine
2, Charles T. Fuller
1, John L. Reno
1 & Mark Lee
1
Abstract
Recent advances in microfabricated terahertz quantum cascade lasers have achieved coherent power and frequency performance previously possible only with much larger gas- or vacuum-tube sources. A significant advantage offered by terahertz quantum cascade lasers lies in the potential to integrate them with other components on the same chip. Such terahertz photonic integrated circuits would help close the terahertz technology gap between microwave electronics and infrared photonics. Here, we describe the first successful monolithic integration of a terahertz quantum cascade laser and diode mixer to form a simple but generically useful terahertz photonic integrated circuit—a microelectronic terahertz transceiver. We show that this terahertz photonic integrated circuit performs all the basic functions (for example, transmission of a coherent carrier, heterodyne reception of an external signal, frequency locking and tuning) of discrete-component terahertz photonic systems, but at a small fraction of the size and in a robust platform scalable to semiconductor fabrication production.
集成太赫兹收发器在美问世: nphoton.2010.137.pdf
