變“不可能”為“可能”

液態(tài)水具有吸收太赫茲光波的性能，因此一直被認(rèn)為不可能充當(dāng)太赫茲波的光源。但近日，首都師范大學(xué)特聘教授張希成帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)利用飛秒激光脈沖首次證明，液態(tài)水也能產(chǎn)生太赫茲波。發(fā)表在最新一期《應(yīng)用物理快報(bào)》上的這一重要研究成果，將為太赫茲波在無線數(shù)據(jù)傳輸、工業(yè)質(zhì)量管控及高清成像等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供一種全新的可能。

太赫茲波也叫遠(yuǎn)紅外波，是頻率在0.1到10太赫茲范圍的電磁波。由于頻率很高、脈沖很短，太赫茲波時(shí)間和空間的分辨率都很高，且太赫茲能量很小，不會(huì)對(duì)物質(zhì)產(chǎn)生破壞作用，所以與X射線相比，太赫茲成像技術(shù)和波譜技術(shù)更具優(yōu)勢(shì)，在寬帶通信、醫(yī)學(xué)成像、無損檢測(cè)、安全檢查、糧種菌種選擇等方面具有廣闊的前景。

物質(zhì)有四種狀態(tài)：固態(tài)、氣態(tài)、液態(tài)和等離子態(tài)，之前研究已經(jīng)證明，固態(tài)、氣態(tài)和等離子態(tài)物質(zhì)都可以用來產(chǎn)生太赫茲波，但液態(tài)物質(zhì)產(chǎn)生太赫茲波還沒獲得證明。

新研究中，張希成團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地利用自由流動(dòng)的一層超薄水膜（不到200微米厚），成功讓液態(tài)水產(chǎn)生太赫茲波，從而將液態(tài)物質(zhì)囊括進(jìn)太赫茲光源的隊(duì)伍。他們向水膜內(nèi)聚焦飛秒激光脈沖，將水分子離子化，產(chǎn)生自由電子，最終放射出太赫茲波。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，與之前發(fā)現(xiàn)的空氣等離子體等其他太赫茲光源相比，來自液態(tài)水的太赫茲波表現(xiàn)出完全不同的特性。比如，對(duì)空氣等離子體來說，激光脈沖持續(xù)時(shí)間越短，產(chǎn)生的太赫茲波越多，而液態(tài)水恰恰相反，激光脈沖持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，液態(tài)水產(chǎn)生的太赫茲波越多。另外，液態(tài)水產(chǎn)生的太赫茲波的強(qiáng)度與激光束的偏振有關(guān)，而激光束偏振幾乎不會(huì)對(duì)空氣等離子體產(chǎn)生的太赫茲波強(qiáng)度產(chǎn)生任何影響。

張希成表示，這些觀測(cè)結(jié)果用現(xiàn)有太赫茲波機(jī)理無法解釋，進(jìn)一步研究激光與液態(tài)水的相互作用，有助于揭示這些新現(xiàn)象背后的物理原理，擴(kuò)展太赫茲波的運(yùn)用范圍。