微型太赫兹激光可用于成像、化学检测。

太赫兹辐射——微波和可见光之间的电磁波谱带，在医学和工业成像和化学检测等领域有着广阔的应用前景。

但这些应用程序中的许多都依赖于小型、高效的太赫兹光源，而产生这些标准的标准方法包括体积大、耗电大的桌面设备。SMT贴片加工

20多年来，麻省理工学院杰出的电气工程和计算机科学教授Qing Hu和他的小组一直在研究可以在芯片上蚀刻的太赫兹辐射源。在自然光子学新成员问题，胡集团和他的同事在Sandia国家实验室和多伦多大学的描述了一种新的设计，使芯片的输出功率太赫兹激光器安装80%。

作为表现最好的芯片安装的太赫兹源尚未报道，研究人员的设备已选定由美国宇航局的星系/河外ULDB光谱太赫兹天文台提供的太赫兹辐射（趣味）的使命。该任务的目的是确定星际介质的组成，或者填充恒星间空间的物质，它使用的是太赫兹射线，因为它们非常适合于氧浓度的光谱测量。由于该任务将把装有仪器的气球部署到地球的高层大气，所以太赫兹发射器需要轻量化。

研究人员的设计是一种新的变种，称为量子级联激光器，具有分布式反馈。“我们开始用这个因为它是最好的，”Ali Khalatpour说，在纸上，在电气工程和计算机科学的研究生，第一作者。“它具有最佳的太赫兹性能。”

然而，到目前为止，该装置有一个主要缺点，那就是它自然在两个相反的方向发射辐射。由于太赫兹辐射的应用需要定向光，这意味着设备浪费其输出能量的一半。Khalatpour和他的同事们发现了一种方法来重定向通常存在激光背光80%，所以它是理想的方向。

Khalatpour说，研究人员的设计不依赖于任何特定的“增益介质，或组合材料在体内的激光。

“如果我们能拿出一个更好的增益介质，我们可以双击它的输出功率，太，”Khalatpour说。“我们没有设计一种新的有源介质，就增加了功率，这是相当困难的。通常，甚至10%的增长需要在设计的每一个方面的大量工作。

大波浪

事实上，双向发射，或在相反方向发射光，是许多激光器设计的共同特点。然而，用传统激光器，通过在激光的一端安装一面镜子就很容易补救。

但是，太赫兹辐射的波长如此之长，研究人员的新激光器——光子线激光器——如此之小，以至于激光长度的大部分电磁波实际上都位于激光机体之外。激光一端的镜子会反射波总能量的一小部分。

Khalatpour和他的同事们对这一问题的解决方案利用的微型激光器的设计特点。量子级联激光器由一个称为波导的长矩形脊组成。在波导中，材料被布置成使得电场的应用沿着波导的长度产生电磁波。

然而这波，就是所谓的“驻波”。如果电磁波可以认为是一个规则的上下蠕动，然后波反映来回在波导这样的波峰和波谷的反思与波浪走向相反的方向一致完美。驻波基本上是惰性的，不会辐射出波导。

因此，胡的小组定期削减波导间距，使太赫兹射线辐射出去。“想象一下，你有一个管道，你做了一个洞，和水变出来的，”Khalatpour说。狭缝是间隔的，所以它们发出的波互相加强——它们的波峰重合——仅沿着波导的轴线。从波导的倾斜角度来看，它们彼此抵消。

对称破缺

在新的工作中，Khalatpour和他的合作者胡，桑迪亚的John Reno，和Nazir Kherani，一个在多伦多大学材料科学教授只是把反射器各孔在波导，一个步骤，可以无缝融入生产波导制造过程本身。

反射镜比波导宽，它们间隔，使它们反射的辐射将在一个方向上加强太赫兹波，但在另一个方向抵消它。位于波导外的一些太赫兹波仍然使它绕着反射器，但80%的能量将在错误的方向退出波导，现在转向另一个方向。

“他们有一种特殊的太赫兹量子级联激光器，称为三阶分布反馈激光器，这现在是一个生成高质量的输出光束的最佳方式，你需要能够使用的力量，你生成，结合一个单一的激光操作的频率，这是理想的光谱，”本·威廉姆斯说，在加州大学洛杉矶分校电气与计算机工程系副教授。这是过去五年、六年来最有用和最流行的方法之一。但其中一个问题是，无论是清组还是其他组，以前所有的结构，都是从正向和反向两个方向输出能量。

“很难产生这种太赫兹功率，然后一旦你这样做，你扔掉了一半，所以这不是很好，”威廉姆斯说。“他们想出了一个非常优雅的方案，基本上迫使更多的力量向前发展。”。它仍然有一个好的，高质量的光束，所以它确实打开了大门，以更复杂的天线工程，以提高这些激光器的性能。

原：Larry Hardesty