奥地利研究团队为太赫兹波开发了紧凑、功率更高的能量

2022-01-19 10:57

太赫兹辐射的波长通常略低于一毫米，这是一个技术上比较难突破的波长范围。一般的电子元件(如晶体管)和天线可以产生波长更长的电磁波。使用普通光源，如激光或LED，则一般会获得更窄更细小的波长。

来自奥地利的维也纳工业大学(TU Wien)现在已经成功地制造了一种非常简单和紧凑的太赫兹辐射源：一个带有双谐振隧穿二极管的振荡器。它的辐射功率明显优于同类设备。这项新技术现已发表在《应用物理快报》（Applied Physics Letters）上。

如今，有一系列方法可以产生太赫兹波——比如，可以使用量子级联激光器。此外，还可以使用大型、复杂的光子系统，使用几种光激光器，它们的辐射混合在一起，产生更长的波长。这使得以一种灵活的方式产生所需波长成为可能。

研究团队的目标是开发一种简单且非常紧凑的太赫兹源，此时太赫兹源必须很窄，并且能在正常室温下工作。为了做到这一点，该团队既不使用光学级联激光器，也不使用量子级联激光器，而是使用简单的振荡器。

如果某些电子元件（如线圈和电容器）是耦合的，那么能量在它们之间来回流动，从而产生电磁辐射。但此时产生的损耗又必须得去考量。

为了解决这个问题，可以使用共振隧穿二极管，让电流通过隧穿在两个障碍之间流动。“在我们的结构中，障碍之间的量子阱特别窄，所以只有非常特定和非常少的电子态可以存在。通过施加电压，这些电子的状态和它们的能量可以改变。”研究人员解释称。

正常情况下，电流随着电压的增加而增加；电阻表明了电阻的大小。然而，在共振隧穿二极管中，相反的效果是可能的：如果电压增加，量子阱中的电子态可能不再与结构中其他部分的电子态匹配。

这意味电子不能再从一个区域跨越到另一个区域，电流流减少而不是增加。所以电阻变成负的。然而，振荡电路中的负电阻意味着振荡电路并没有失去能量，而是获得了能量。电磁振荡会自行持续，外部直流电会转换成太赫兹辐射。

这项技术除了相当高强度的太赫兹辐射之外，最重要的还是它的小尺寸：整个结构比一毫米小得多。因此，它有可能被嵌入到智能手机等小型设备中。

太赫兹可以在多个领域展开应用，比如射电天文学——人们可以用它来透视光学不透明的物体，例如在机场的安检，甚至在材料测试中。另一个令人兴奋的应用是化学传感器，不同的分子可以通过吸收太赫兹范围内非常特定的频率来识别。

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