太赫茲譜段（0.1-10 THz）是最后一個有待全面發(fā)展的天文探測窗口，在當(dāng)代天文學(xué)前沿研究中具有其他譜段不可替代的重要作用。該譜段包含豐富的分子和原子譜線，它們是研究宇宙生命環(huán)境的重要探針。太赫茲譜段的高光譜分辨率探測需要外差混頻接收機(jī)，包括高靈敏度混頻器和高頻率穩(wěn)定度參考信號源，1 THz以上頻段的最佳選擇是超導(dǎo)熱電子（HEB)混頻器和量子級聯(lián)激光器（QCL）。盡管太赫茲QCL本身體積很小，但1 W級以上熱耗使得與超導(dǎo)混頻器集成應(yīng)用仍然是一大挑戰(zhàn)。
中科院紫金山天文臺、中科院射電天文重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室史生才團(tuán)隊近期與中科院上海技術(shù)物理所徐剛毅團(tuán)隊、以及法國IEF實(shí)驗(yàn)室RaffaeleColombelli團(tuán)隊和英國劍橋大學(xué)Cavendish實(shí)驗(yàn)室David A. Ritchie團(tuán)隊合作，在國際上率先實(shí)現(xiàn)了同一4K低溫環(huán)境下基于2.7 THz量子級聯(lián)激光器泵浦的高集成度超導(dǎo)熱電子外差混頻接收機(jī)。相關(guān)研究成果發(fā)表在Optics Express期刊（論文鏈接：http://dx.doi.org/10.1364/OE.23.004453）。
該項研究采用了基于“束縛態(tài)至連續(xù)態(tài)躍遷”的有源區(qū)結(jié)構(gòu)和遞變型光子異質(zhì)結(jié)諧振腔的低功耗單模QCL，并實(shí)現(xiàn)了 QCL輻射波束的精確模擬仿真與整形。該成果為研制實(shí)用的太赫茲/遠(yuǎn)紅外高光譜分辨率探測系統(tǒng)打下重要基礎(chǔ)，也拓展了低功耗太赫茲單模QCL的應(yīng)用方向，在我國南極天文臺計劃及未來太赫茲空間計劃中有重要應(yīng)用前景。
該項研究得到國家自然科學(xué)基金委重大項目、中科院先導(dǎo)專項B類項目及“百人計劃”等經(jīng)費(fèi)支持。
圖（左）2.7 THz量子級聯(lián)激光器泵浦的高集成度超導(dǎo)熱電子外差混頻接收機(jī)；（中）整形前（上）與后（下）2.7 THz量子級聯(lián)激光器波束；（右）2.7 THz量子級聯(lián)激光器泵浦的超導(dǎo)熱電子混頻器（插圖）電流-電壓特性曲線。
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