“梦之电磁波”太赫兹波…UNIST开发出更强更高效的生成方法

UNIST Heo Minseop教授团队提出利用等离子体生成太赫兹波方法

能效提升10倍…论文发表于《Physical Review Letters》

国际联合研究团队提出了一种生成被称为“梦想电磁波资源”的太赫兹波的新方法。

UNIST物理学系 Heo Minseop 教授团队、GIST Seok Heeyong 教授以及英国斯特拉思克莱德大学 Jaroszynski 教授团队从理论上构想出一种通过向等离子体照射强力激光脉冲来产生太赫兹波的方法，并通过计算机模拟对其进行了验证。

此次研究成果已于上月3日发表在物理学权威期刊《Physical Review Letters》上。

太赫兹波是一种在1秒内振动次数达到吉（giga, 10⁹）的1000倍，即太（tera, 10¹²）次的电磁波。由于波长较短，易于穿透，而单个光子的能量较低，对样品造成的损伤也较小。

这正是其在医疗诊断、安全安检、半导体器件缺陷探测等领域备受关注的原因。此外，它也被视为在下一代超高速通信中将发挥重要作用的频谱资源。

如此有用的电磁波直到最近才开始受到重视，其主要原因在于太赫兹波的生成十分困难。迄今为止已知的以高强度、高功率产生太赫兹波的方法，是向如铌酸锂一类晶体材料注入激光能量以激发共振。然而，为了提高输出而增强激光强度时，会受到晶体材料熔化这一极限的制约。

研究团队将目光投向了等离子体。由于等离子体是电子与离子已经解离、处于类似“熔化”状态的物质，因此即使提高激光强度也不存在材料被烧毁的问题。不过，等离子体是一种难以操控的介质，过去一直难以精细调节等离子体与激光的相互作用。研究团队通过让等离子体密度平缓增加，并在其中同时利用两束激光的方式，成功解决了这一难题。

计算机模拟结果表明，所提出的太赫兹波生成方法易于进行频率调制，从激光到太赫兹波的能量转换效率相比既有方法提高了10倍，且强度与方向性也十分优异。

联合研究团队表示：“这一研究不仅将有助于开发超高速太赫兹通信装置、活体癌症诊断技术，还将为研究超强太赫兹区域的非线性物性、以及利用太赫兹构建可在普通房间尺度内实现、替代传统巨型粒子加速器的超小型粒子加速器等提供重要支撑。”

本次研究由UNIST物理学系 Manoj Kumar 博士担任第一作者，Lee Jaeho、Park Dohyun 研究员作为共同作者参与。

研究工作得到了韩国研究财团、韩国产业技术振兴院等机构的资助。