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太赫茲波的頻率高于微波，而低于紅外線和可見光?？梢姽饽鼙淮蠖鄶?shù)材料阻擋時(shí)，但太赫茲波卻就像微波一樣可以直接穿過這些材料。如果將它們制成激光，太赫茲波可能會(huì)啟用“ T射線視覺”，并具有穿透衣服，書皮和其他薄材料的能力。這種技術(shù)可以產(chǎn)生比微波更清晰的高分辨率圖像，并且比X射線安全得多。

例如，在機(jī)場(chǎng)安檢線和醫(yī)學(xué)成像設(shè)施中看不到T射線機(jī)的原因是，產(chǎn)生太赫茲輻射需要非常大且笨重的裝置或設(shè)備，其中許多設(shè)備還要求在超冷溫度下運(yùn)行，而且一次只能產(chǎn)生太赫茲輻射頻率。考慮到要穿透各種材料還需要廣泛的頻率，所以這不是很實(shí)際。

現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院，哈佛大學(xué)和美國(guó)陸軍的研究人員已經(jīng)制造出一種緊湊的設(shè)備，它的大小相當(dāng)于鞋盒的大小，可以在室溫下工作，以產(chǎn)生太赫茲激光，其頻率可以在很寬的范圍內(nèi)調(diào)諧。該設(shè)備由現(xiàn)成的商業(yè)零件制造而成，旨在通過旋轉(zhuǎn)一氧化二氮（笑氣）中的分子能量來產(chǎn)生太赫茲波。

圖片來源：麻省理工學(xué)院

麻省理工學(xué)院的史蒂文·約翰遜說：“這些氣體激光器長(zhǎng)期以來一直被視為舊技術(shù)，它們是龐大的，低功率的，不可調(diào)的，因此人們就把目光轉(zhuǎn)向了其他太赫茲光源。而現(xiàn)在，我們可以把它們變得更小，可調(diào)并且功率更高。我們可以將其裝在背包中，也可以裝在車輛中以進(jìn)行無線通信或高分辨率成像?！?/span>

在20世紀(jì)80年代，美國(guó)軍隊(duì)作戰(zhàn)能力發(fā)展司令部航空和導(dǎo)彈中心的亨利·埃弗里特發(fā)現(xiàn)，他能夠通過使用一種比傳統(tǒng)設(shè)備小得多，并且比模型設(shè)計(jì)的承壓能力要高得多的氣體激光，產(chǎn)生太赫茲光波。這種差異當(dāng)時(shí)還未得到充分的解釋。

就在幾年前，埃弗里特跟麻省理工數(shù)學(xué)教授約翰遜提出了該理論，兩人曾在麻省理工學(xué)院的士兵納米技術(shù)研究所開展過合作。埃弗里特、約翰遜還有同是麻省理工的王凡，進(jìn)行了理論研究，最終制定了一種新的數(shù)學(xué)理論來描述分子氣體激光腔中氣體的行為。并且該理論還成功地說明了即使從很小的高壓腔中也可以發(fā)射太赫茲波。

在他們計(jì)算證實(shí)了埃弗里特幾十年前的觀察結(jié)果后，便與哈佛大學(xué)的Capasso小組合作，設(shè)計(jì)了一種新型的太赫茲發(fā)生器。

對(duì)于紅外光源，研究小隊(duì)使用了量子級(jí)聯(lián)激光器（QCL），它是一種緊湊且可調(diào)的新型激光器。然后研究小隊(duì)要去尋找一種可以旋轉(zhuǎn)的氣體。他們搜索了各種氣體庫(kù)，以識(shí)別已知會(huì)以某種方式對(duì)紅外光做出旋轉(zhuǎn)反應(yīng)的氣體，最終選擇了一氧化二氮（笑氣），作為他們實(shí)驗(yàn)的理想氣體。

研究人員將一氧化二氮泵入筆型大小的高壓腔中，并用量子級(jí)聯(lián)激光器發(fā)出紅外光到高壓腔中，太赫茲激光就產(chǎn)生了。而且研究人員只要通過調(diào)節(jié)量子級(jí)激光器，就能讓太赫茲光波頻率在大范圍內(nèi)發(fā)生變化。

自最初的實(shí)驗(yàn)以來，研究人員已擴(kuò)展了他們的數(shù)學(xué)模型，使其包含多種其他氣體分子，例如一氧化碳和氨，從而為科學(xué)家提供了具有不同頻率和調(diào)諧范圍的不同太赫茲生成選項(xiàng)的列表，以及與量子級(jí)聯(lián)激光器匹配的列表?，F(xiàn)在，隨著商業(yè)發(fā)展的到來，他們正在朝著更聚焦的光束和更高的功率的方向進(jìn)行研究。