文章來(lái)自：博科園官網(wǎng)（www.bokeyuan.net）

太赫茲波在科學(xué)技術(shù)中正變得越來(lái)越重要，太赫茲使科學(xué)家們能夠了解未來(lái)材料的性能，測(cè)試汽車涂料和屏幕封套的質(zhì)量，但是仍然存在很多挑戰(zhàn)。德累斯頓-羅森多夫大學(xué)(HZDR)、德累斯頓理工大學(xué)和康斯坦茨大學(xué)的一個(gè)研究小組現(xiàn)在已經(jīng)取得了重大進(jìn)展，研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種鍺組件，它可以產(chǎn)生短太赫茲脈沖，具有一個(gè)有利的特性：脈沖具有極寬的頻譜。

因此可以同時(shí)提供許多不同的太赫茲頻率，其研究成果發(fā)表在《光：科學(xué)與應(yīng)用》期刊上，由于已經(jīng)可以使用半導(dǎo)體行業(yè)中已經(jīng)使用的方法來(lái)制造元件，這一開(kāi)發(fā)有望在研究和技術(shù)方面獲得廣泛的應(yīng)用。

就像光一樣，太赫茲波也被歸類為電磁輻射，在光譜中，它們正好落在微波和紅外輻射之間。但是，雖然微波和紅外線早已進(jìn)入我們的日常生活，但太赫茲波的使用才剛剛開(kāi)始。原因是，自本世紀(jì)初以來(lái)，專家們只能構(gòu)建出合理可接受的太赫茲波來(lái)源。

但這些發(fā)射器仍然不是完美的，因?yàn)樗鼈兿鄬?duì)較大和昂貴，它們發(fā)出的輻射并不總是具有所需的特性?，F(xiàn)在已建立的一種產(chǎn)生方法是基于砷化鎵晶體，如果用短激光脈沖照射這種半導(dǎo)體晶體，就會(huì)形成砷化鎵載流子。

這些電荷通過(guò)施加電壓來(lái)加速，電壓強(qiáng)制產(chǎn)生太赫茲波-基本上與VHF發(fā)射機(jī)桅桿中移動(dòng)的電荷產(chǎn)生無(wú)線電波的機(jī)制相同。HZDR物理學(xué)家哈拉爾德·施耐德博士解釋說(shuō)：然而，這種方法有一些缺點(diǎn)：它只能用相對(duì)昂貴的特殊激光器來(lái)操作。

使用貴金屬

用用于光纖通信的那種標(biāo)準(zhǔn)激光器，它是行不通的。另一個(gè)缺點(diǎn)是砷化鎵晶體只提供相對(duì)窄帶的太赫茲脈沖，因此頻率范圍有限，這大大限制了應(yīng)用領(lǐng)域。這就是施耐德和研究團(tuán)隊(duì)把賭注押在另一種材料上的原因（半導(dǎo)體鍺）。有了鍺，就可以使用被稱為光纖激光器價(jià)格較低的激光器。此外，鍺晶體非常透明，因此有助于發(fā)射非常寬的脈沖。

但是，到目前為止，遇到了一個(gè)問(wèn)題：如果用短激光脈沖照射純鍺，半導(dǎo)體中的電荷需要幾微秒才能消失，只有到那時(shí)，晶體才能吸收下一個(gè)激光脈沖。然而，今天的激光可以以幾十納秒的間隔發(fā)射脈沖，這對(duì)于鍺來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)太快的發(fā)射序列。為了克服這一困難，科學(xué)家們尋找了一種方法，使鍺中的電荷更快地消失，并在一種重要的貴金屬黃金中找到了答案。用離子加速器將金原子射入鍺晶體，黃金穿透晶體深達(dá)100納米。

然后，科學(xué)家們將晶體在900攝氏度的溫度下加熱了幾個(gè)小時(shí)，熱處理保證了金原子均勻分布在鍺晶體中。當(dāng)研究團(tuán)隊(duì)用超短激光脈沖照射胡椒鍺時(shí)，成功開(kāi)始了：不是在晶體中徘徊幾微秒，電荷載流子在不到兩納秒內(nèi)再次消失，大約比以前快了1000倍。比喻地說(shuō)，黃金的作用就像一個(gè)陷阱，有助于捕捉和中和指控，現(xiàn)在鍺晶體可以用高重復(fù)頻率的激光脈沖轟擊，而且還能正常工作。

廉價(jià)制造成為可能

新方法使太赫茲脈沖具有極寬的帶寬：不再使用已建立的砷化鎵技術(shù)的7太赫茲，而是現(xiàn)在的10倍-70太赫茲。研究一舉獲得了廣泛、連續(xù)、無(wú)間隙的頻譜，這意味著科學(xué)家手頭有一個(gè)真正多用途的資源，可以用于最多樣化的應(yīng)用。另一個(gè)好處是，鍺可以有效地使用與微芯片相同的技術(shù)進(jìn)行加工，與砷化鎵不同，鍺與硅兼容。由于新部件可以與標(biāo)準(zhǔn)光纖激光器一起操作，因此可以使這項(xiàng)技術(shù)相當(dāng)微型和便宜。

這應(yīng)該會(huì)使摻金鍺成為一個(gè)有趣的選擇，不僅用于科學(xué)應(yīng)用，如詳細(xì)分析石墨烯等創(chuàng)新的二維材料，而且還用于醫(yī)學(xué)和環(huán)境技術(shù)的應(yīng)用。例如，人們可以想象傳感器通過(guò)太赫茲光譜追蹤大氣中的某些氣體，今天的太赫茲源仍然太貴，不能達(dá)到這個(gè)目的，德累斯頓-羅森多夫開(kāi)發(fā)的新方法，可能有助于在未來(lái)使這樣的環(huán)境傳感器變得更便宜。