【綜合半導(dǎo)體世界網(wǎng)站、PRL網(wǎng)站等報(bào)道】在美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）的資助下，加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）亨利塞繆爾工程和應(yīng)用科學(xué)學(xué)院研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種制備太赫茲頻率半導(dǎo)體激光器的新方法。該課題組的論文《超材料腔表面激光器》已于近日發(fā)表在2015年最后一期《應(yīng)用物理快報(bào)》期刊上(Luyao Xu et al, ’Metasurface external cavity laser’, Appl. Phys. Lett. 107, 221105 (2015))。

UCLA電子工程系副教授本杰明·威廉姆斯帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)（包括諾斯羅普·格魯曼公司航空航天系統(tǒng)的工程師），借助于UCLA的納米電子研究設(shè)施，成功研發(fā)了第一個(gè)太赫茲垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSEL）。目前可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)的VECSEL已經(jīng)廣泛用于發(fā)射高能光束，但在太赫茲頻率范圍內(nèi)則之前未有應(yīng)用。

太赫茲頻率范圍內(nèi)的光波（處于微波和紅外線的電磁頻譜之間），可用于分析塑料、織物、半導(dǎo)體和藝術(shù)品，且不會(huì)損壞被檢測(cè)的材料；化學(xué)檢測(cè)和鑒定；研究行星的組成和大氣組分。研究人員說(shuō)，該新裝置可作為一類新型高品質(zhì)的激光器，用于空間探索，軍事和安檢等方面。

為了制備具有高品質(zhì)光束的外腔激光器，研究人員先制備了一個(gè)帶有“超材料表面鏡反射陣”的VECSEL，它包括許多小天線耦合激光腔的陣列，當(dāng)太赫茲波擊中陣列時(shí)，它不會(huì)“看見(jiàn)”空腔，而是被反射，如同被一個(gè)簡(jiǎn)單的平面鏡所反射。不同于簡(jiǎn)單的平面鏡，該反射鏡不僅可以反射太赫茲波，同時(shí)還能對(duì)其進(jìn)行放大。

“這是超材料表面和激光器的首次結(jié)合，”威廉姆斯說(shuō)，“該VECSEL提供了一條在太赫茲波段輸出高功率、高質(zhì)量光束的途徑，且該超材料表面的方法還有利于工程師進(jìn)一步設(shè)計(jì)具有特定偏振、形狀和光譜性質(zhì)的輸出光束。”

發(fā)射出對(duì)稱的、長(zhǎng)距離保持直線的和隨溫度變化的光束是許多半導(dǎo)體激光器尤其是太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器的一大挑戰(zhàn)，太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器通常使用金屬激光腔，其尺寸比波長(zhǎng)更小。

“通過(guò)使用該放大的超材料表面作為外腔的一部分，我們不僅可以改善光束模式，而且可以通過(guò)激光器腔體的不同設(shè)計(jì)引入新的功能。”威廉斯實(shí)驗(yàn)室的研究生，該文章第一作者許路遙說(shuō)，“例如，通過(guò)使用一個(gè)獨(dú)立的線柵偏振器或過(guò)濾器作為第二反射鏡，我們就可以簡(jiǎn)單地通過(guò)旋轉(zhuǎn)偏振器來(lái)優(yōu)化激光器的輸出功率和效率。”研究人員稱他們正在做一些新的設(shè)計(jì)，來(lái)進(jìn)一步改進(jìn)該技術(shù)。（中國(guó)船舶工業(yè)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院  張運(yùn)耀丁宏）