麻省理工学院(MIT)研究人员设计了新一代太赫兹激光器，是全球首个同时达到高恒定功率、窄波束模式和宽频率调谐这三项关键性能目标的激光器。该激光器可用于2021年NASA任务中的星际元素探测，还可用于改善皮肤和乳腺癌成像、检测毒品和爆炸物等。

　　多年来，MIT长期致力于开发称为“光子线激光器”的新型量子级联激光器(QCL)。与许多激光器一样，这些激光器是双向发射的，这就降低了其功率。传统激光器采用一个高反镜和一个增透镜来解决该问题。但这个问题在太赫兹激光器中很难解决，因为太赫兹辐射波长太长，而激光器尺寸太小。

　　2017年，NASA宣布了“银河系内/外ULDB气球光谱太赫兹天文台(GUSTO)”任务，计划在2021年发射搭载光子线激光器的高空气球望远镜。NASA选中了MIT的光子线激光器，研究人员为线激光器波导开发了一种新颖设计，实现单向发射，从而实现了高效率并保证了光束质量，但不能满足NASA的频率调谐要求。

　　在此基础上，研究人员Khalatpour从有机化学中获得了灵感。Khalatpour注意到一种两边排列着原子的长聚合物链。它们是“π-bonded”，即分子轨道重叠使键合更稳定。研究人员将此概念应用到激光器上，在阵列上本来独立的线激光器之间建立紧密的连接。这种新型耦合方案实现了两个或多个线激光器的锁相。为了实现频率调谐，研究人员通过改变每根线激光器的电流轻微改变折射率，这种折射率变化在耦合激光器中会产生相对中心频率的连续频移。

　　实验中，研究人员制造出由10个π耦合线激光器组成的阵列，连续频率调谐范围10GHz，输出功率约为50~90mW，具体功率取决于阵列上有多少对π耦合激光器，光束发散度只有10°。

　　研究人员目前还在构建一款动态范围大于110dB的高动态范围成像系统，可用于皮肤癌成像等多种应用。以往用于这项任务的激光器体积大、效率低且频率不可调谐。

　　加州大学洛杉矶分校物理与波电子学副教授Benjamin Williams表示：“这是一项非常出色的研究成果，在太赫兹波段，一般情况下很难同时实现良好光束模式和高功率。该技术的创新是开发出一种将多个线激光器连接在一起的新方法。该研究已证明，通过适当地间隔相邻的线激光器，可诱导它们在相干的对称超模式运行。另外，还有一个优势是激光频率可调谐到所需波长——这是光谱学和天体物理学研究需要的的重要特性。”

　　参考文献《Phase-locked photonic wire lasers by π coupling》