變“不可能”為“可能”

液態水具有吸收太赫茲光波的性能，因此一直被認為不可能充當太赫茲波的光源。但近日，首都師范大學特聘教授張希成帶領團隊利用飛秒激光脈沖首次證明，液態水也能產生太赫茲波。發表在最新一期《應用物理快報》上的這一重要研究成果，將為太赫茲波在無線數據傳輸、工業質量管控及高清成像等領域的廣泛應用提供一種全新的可能。

太赫茲波也叫遠紅外波，是頻率在0.1到10太赫茲范圍的電磁波。由于頻率很高、脈沖很短，太赫茲波時間和空間的分辨率都很高，且太赫茲能量很小，不會對物質產生破壞作用，所以與X射線相比，太赫茲成像技術和波譜技術更具優勢，在寬帶通信、醫學成像、無損檢測、安全檢查、糧種菌種選擇等方面具有廣闊的前景。

物質有四種狀態：固態、氣態、液態和等離子態，之前研究已經證明，固態、氣態和等離子態物質都可以用來產生太赫茲波，但液態物質產生太赫茲波還沒獲得證明。

新研究中，張希成團隊創造性地利用自由流動的一層超薄水膜（不到200微米厚），成功讓液態水產生太赫茲波，從而將液態物質囊括進太赫茲光源的隊伍。他們向水膜內聚焦飛秒激光脈沖，將水分子離子化，產生自由電子，最終放射出太赫茲波。

研究人員還發現，與之前發現的空氣等離子體等其他太赫茲光源相比，來自液態水的太赫茲波表現出完全不同的特性。比如，對空氣等離子體來說，激光脈沖持續時間越短，產生的太赫茲波越多，而液態水恰恰相反，激光脈沖持續時間越長，液態水產生的太赫茲波越多。另外，液態水產生的太赫茲波的強度與激光束的偏振有關，而激光束偏振幾乎不會對空氣等離子體產生的太赫茲波強度產生任何影響。

張希成表示，這些觀測結果用現有太赫茲波機理無法解釋，進一步研究激光與液態水的相互作用，有助于揭示這些新現象背后的物理原理，擴展太赫茲波的運用范圍。