滨松宣布推出世界上第一个可调谐频率范围为 0.42 至 2 THz 的量子级联激光器 (QCL) 模块。

QCL模块的外观

滨松的突破是通过分析控制太赫兹波产生的原理实现的，该原理提高了 QCL 的输出功率和高效外腔的配置，同时使用了滨松先进的光学设计技术。

这项研究的结果是产生窄带太赫兹波，同时仅切换一个 QCL 模块的频率。这项技术将有助于聚合物材料的识别，并提高提高含有可被太赫兹波吸收的药物成分、食品和半导体材料的质量评估和无损检测，以及高分子聚合物材料的识别等的准确性。此外，因为在实现超高速的无线通信中需要利用太赫兹波的特性，模块也被期待作为创新型的核心器件应用在未来超高速无线通信中。

Optica Publishing Group 在科学期刊 Photonics Research 的电子版中于 2022 年 2 月 22 日发表了这些研究成果。此研究的一部分受总务省“战略信息和通信研究与发展促进项目(SCOPE)”委托（受理号JP195006001）。

研发背景

由于待测样品中所含成分各异，对于易于吸收的 太赫兹波的频率也会有所不同，利用这一特性，此次研究成果有望用于样品的质量评估、无损分析。此外，由于太赫兹波比高速通信标准“5G”所使用的频段频率还要高，因此该产品也有望用于下一代“6G”通信。

滨松公司在2018年通过利用独有的量子结构设计技术，采用反交叉双重高能态设计（AnticrossDAUTM），开发了太赫兹非线性QCL。此太赫兹非线性QCL可以根据样品中所含的成分，改变太赫兹波的频率并进行照射，再根据吸收率来提高分析精度。然而，目前还没有一种半导体激光光源可以在一个模块实现频率的变化。因此，滨松一直在研究和开发可改变频率的QCL模块。

研发成果概要

此次研究中，滨松分析了QCL中太赫兹波的产生原理，并利用多年来积累的晶体生长技术和半导体工艺技术优化了内部结构。此外，滨松还分析了太赫兹波在QCL内部传播的原理，发现顶面与高阻硅透镜的连接可以提高太赫兹波的产生效率，将输出功率提高到以往的5倍以上。结合滨松公司独有的光学设计技术，并给QCL搭配合适的衍射光栅，形成一个高效的外部谐振器，再通过电控制衍射光栅，使倾斜度发生改变，进而实现世界上首个可在0.42～2 THz范围内产生任意频率的太赫兹波的QCL模块。

本次研究结果表明，待测样品中根据其不同成分，吸收频率不同的情况下，用一个模块切换频率并照射窄带太赫兹波来检查每种成分的吸收率，可以提高药物、食品和半导体材料的质量评估和无损检测的准确性。此外，它还有望应用于之前不易识别的塑料等高分子聚合物材料的识别。接下去，滨松也将继续深入研究QCL的散热结构，目标实现THz波稳定连续的工作，期待太赫兹波在观测宇宙空间的射电天文学等领域、数据传输速度达到每秒几百千兆的超高速大容量短距离无线通发展方向上的应用。

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