太赫茲譜段（0.1-10 THz）是最后一個有待全面發展的天文探測窗口，在當代天文學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，包括高靈敏度混頻器和高頻率穩定度參考信號源，1 THz以上頻段的最佳選擇是超導熱電子（HEB)混頻器和量子級聯激光器（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混頻器集成應用仍然是一大挑戰。

中國科學院紫金山天文臺、中科院射電天文重點實驗室史生才團隊近期與中科院上海技術物理研究所徐剛毅團隊、法國IEF實驗室RaffaeleColombelli團隊和英國劍橋大學Cavendish實驗室David A. Ritchie團隊合作，在國際上率先實現了同一4K低溫環境下基于2.7 THz量子級聯激光器泵浦的高集成度超導熱電子外差混頻接收機。相關研究成果發表在Optics Express 期刊。

該項研究采用了基于“束縛態至連續態躍遷”的有源區結構和遞變型光子異質結諧振腔的低功耗單模QCL，并實現了QCL輻射波束的精確模擬仿真與整形。該成果為研制實用的太赫茲/遠紅外高光譜分辨率探測系統打下重要基礎，也拓展了低功耗太赫茲單模QCL的應用方向，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用前景。

該項研究得到國家自然科學基金委重大項目、中科院先導專項B類項目及“百人計劃”等經費支持。

圖（左）2.7 THz量子級聯激光器泵浦的高集成度超導熱電子外差混頻接收機；（中）整形前（上）與后（下）2.7 THz量子級聯激光器波束；（右）2.7 THz量子級聯激光器泵浦的超導熱電子混頻器（插圖）電流-電壓特性曲線。