2013年9月第7期的Nature Photonics發表了對張希成教授的專訪，文章以《閃亮太赫茲源》為題，指出近年來太赫茲的發展引人注目，太赫茲波以其優勢正廣泛應用于各個領域。以下是專訪內容的中文翻譯。

近年來，太赫茲源的性能已被顯著地提高，太赫茲輻射的優勢也在不同的領域被證實。張希成教授在訪談中談到太赫茲科學的過去、現在和未來。

圖為 張希成教授

Q．早期太赫茲科學是怎樣的？

A．20世紀80年代末，我在哥倫比亞大學涉及太赫茲研究時，美國僅有三個研究組在積極地研究利用超短波激光脈沖產生太赫茲脈沖，即：IBM由Daniel Grischkowsky帶領的研究組，貝爾實驗室由Martin Nuss帶領的研究組和哥倫比亞大學由David Auston帶領的研究組。因為那時沒有已商業化的產生或探測寬帶太赫茲波的實驗技術，我們不得不制造光學元件器件并開發一個太赫茲測量系統。我們嘗試了用光電導天線（有時也被稱為Auston開關）和光整流方法產生太赫茲波。在Auston教授實驗室時，我對太赫茲輻射是否能穿透光學上不透明的材料很好奇。我第一次發現使用飛秒激光激勵從一個無偏壓的半導體硅片輻射出的脈沖太赫茲波。在尋找新的太赫茲產生材料過程中，我嘗試了許多不同的材料，包括電介質、金屬、紙巾、紡織品和木材，基本上包括了每一種我身邊能找到的材料（甚至我的手指）。那時，我們中的大多數研究人員都使用光電偶極天線來探測太赫茲波。

Q．太赫茲源的發展過程中的里程碑是什么？

A．我認為有兩個里程碑：第一個是證實了在可見或近紅外波段通過使用短激光脈沖產生脈沖太赫茲。這個工作是80年代末90年代初由Gerard Mourou, David Auston, and Dan Grischkowsky首創。第二個是太赫茲量子串級激光器的發展。1997年Federico Capasso的研究團隊證實量子串級激光器產生紅外持續激光，2002年，Alessandro Tredicucci從量子級聯激光器獲得了紅外持續激光。不久之后，麻省理工學院的胡青教授制造了一個更好用更靈活的太赫茲量子串級激光器。該發明打開了工業應用之門，并且推動了許多研究的進步和發展。

Q．下一個里程碑可能是什么？

A．高強度太赫茲源的發展很可能成為第三個里程碑。高蜂值功率的太赫茲波，它可以由傾斜的光學波陣面入射到LiNbO3或氣體中，雙色激光混合產生等離子體輻射得到。這個情況為研究基礎太赫茲科學提供了新的機會。我們當前不能預測高強度太赫茲照射下會發生什么；盡管如此，它已經使研究人員興奮，并為他們在研究中提供了許多的猜測。如太赫茲成像是當前基于線性回應，但研究人員對被太赫茲輻射引導的非線性影響可能在太赫茲成像中被開發有很大的興趣。如果非線性太赫茲成像能提供有用的信息是不能被常見的太赫茲成像所獲得，高強度的太赫茲輻射的使用將推動非線性太赫茲光譜儀。為了產生場強為100KV·cm-1或更高的太赫茲波，那么當前成為必需的：要么申請光束時間在國家同步加速器設備（如在Argonne和Brookhaven），要么購買一個商業上可靠，但非常貴的激光放大系統，這樣的系統只有少數研究組能承擔。因此真正的里程碑將是降低光纖激光器成本，或開發一種易用的激光系統來產生高強度太赫茲波。

Q．太赫茲成像有哪些特征？

A．太赫茲成像能被視為X射線和紅外的一個補充。對于某些材料，太赫茲比X射線或紅外表現得更好。舉個例子，對于類似低密度結構和隔熱層的低對比度材料而言，太赫茲輻射比X射線成像得到的振幅和相位相對比更高。而且對于一些光學上不透光的材料，如紙、塑膠和布，太赫茲輻射穿透力更好。因此，許多機場人體掃描器使用毫米波成像，這類掃描器的頻率正在拓展至亞太赫茲和太赫茲范圍。盡管太赫茲波幅度的帶寬比紅外光更窄，某些材料（如晶體或微晶）仍有分子共振和/或聲子共振。如爆炸的黑索金能被太赫茲光譜百分之百鑒定出來。

Q．太赫茲輻射在工業上有哪些新興應用？

A．可能最有前途的工業應用是質量控制、缺陷檢查和無損探測。太赫茲輻射能穿透在可見和紅外波不透明的材料，空間分辨率比微波高，這個特點使太赫茲波成為唯一適合工業品質控制、生物醫學和安檢等應用的成像技術。我曾經和300多家公司聯系過，80%以上的公司表示有對無損探測方面的需求。

Q．太赫茲輻射未來前景？

A．一些工業太赫茲系統能被用于國防安檢和質量控制應用，而且太赫茲通訊體系為安全提供史無前例的頻帶寬度，超高清晰度的無線視頻。太赫茲傳感系統對環境研究和空間科學很有吸引力，太赫茲成像醫療系統能用來診斷、治療某些癌癥等疾病。太赫茲/遠紫外線系統可以研究分子水平的動態成像。亞洲和歐洲已投入了大量的資金到太赫茲科學與技術研究中，并且已建成了幾個主要的國家項目和國際研究中心。例如X射線和太赫茲同步源和一個具有強太赫茲源的非線性太赫茲光譜儀一個新概念是將結合太赫茲光子、電子和等離子體技術，發展多尺度的太赫茲光子、電子和等離子體元件，能大幅降低新型太赫茲系統的成本，太赫茲技術應用于醫療、安全和工業領域的時代即將到來。

作者：成曉、羅欽（翻譯）    來源：學術交流辦公室