導(dǎo)語：
近期，北京航空航天大學(xué)微波感知與安防應(yīng)用北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室吳曉君副教授的強(qiáng)場(chǎng)太赫茲研究團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院物理研究所李玉同研究團(tuán)隊(duì)合作，取得了高能強(qiáng)場(chǎng)太赫茲脈沖源的重要突破。在4月23-26日的第九屆超快現(xiàn)象與太赫茲國際會(huì)議上，傾斜波前技術(shù)的發(fā)明人Hebling教授在其主題報(bào)告中，視該研究成果為利用傾斜波前技術(shù)獲得的最新世界紀(jì)錄。
圖：（左圖）吳曉君副教授在第九屆超快現(xiàn)象與太赫茲國際會(huì)議上展示最新成果 （右圖）吳曉君副教授與傾斜波前技術(shù)的發(fā)明人Hebling教授的合影
“生命射線”太赫茲波
太赫茲電磁輻射波長位于微波與遠(yuǎn)紅外光之間，頻率范圍覆蓋0.1-30THz,，又被稱為亞毫米波，是電磁波譜上還未被人類深入研究和開發(fā)，但極具學(xué)術(shù)價(jià)值和重要應(yīng)用的一個(gè)頻段。太赫茲波又被稱為“生命射線”，不僅因?yàn)槠涮厥忸l段包含生命分子DNA和蛋白質(zhì)的集體振動(dòng)頻率，還因?yàn)檎既梭w70%的水所具有的氫鍵網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)時(shí)間也在皮秒量級(jí)（皮秒的倒數(shù)即為太赫茲）。
圖：電磁波頻段劃分
太赫茲波具有四個(gè)特點(diǎn)，普遍性、唯一性、寬帶性和瞬時(shí)性。無論是人體還是宇宙大爆炸所釋放的射線，其間都包含豐富的太赫茲頻段信號(hào)，太赫茲波在自然界中普遍存在，是人們認(rèn)識(shí)自然界的有效線索和工具。而唯一性表現(xiàn)在太赫茲波具有較強(qiáng)的穿透力和較高的分辨率，同時(shí)具有唯一的物質(zhì)光譜，因此太赫茲在安防和生物檢測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿Σ豢尚∮U。此外，數(shù)據(jù)的高速傳輸和研究熱化學(xué)反應(yīng)的超快動(dòng)力學(xué)也少不了太赫茲的身影，借助其超短的脈沖間隔即有可能實(shí)現(xiàn)對(duì)化學(xué)反應(yīng)在原子層面的操控。
強(qiáng)場(chǎng)太赫茲輻射源
當(dāng)人們?cè)噲D利用電子學(xué)和光學(xué)的技術(shù)分別從低頻和高頻向該頻段擴(kuò)展時(shí)，卻都遇到了許多困難與挑戰(zhàn)，導(dǎo)致該頻段成為電磁波譜上被遺留下來的“沃土”，阻礙太赫茲科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的瓶頸在于高效率輻射源和高靈敏度探測(cè)器的缺乏，以及太赫茲功能器件的缺乏，其中高效率太赫茲輻射源的缺乏極為關(guān)鍵。
吳曉君副教授在德國做博士后期間的主要研究方向即為高能強(qiáng)場(chǎng)，有著參與歐盟的電子加速器和一些其他加速器研究的豐富經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過多方考察最終來到北航著手搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將國外的先進(jìn)技術(shù)帶回了國內(nèi)。
由于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建并不容易，吳曉君副教授和她的團(tuán)隊(duì)只能奔波于北航和物理所之間，借用物理所現(xiàn)成的激光器。就在這樣艱苦的實(shí)驗(yàn)條件下，吳曉君副教授和她的團(tuán)隊(duì)在回國不到一年的時(shí)間里就獲得了太赫茲強(qiáng)場(chǎng)輻射源的新紀(jì)錄。
高能強(qiáng)場(chǎng)太赫茲輻射源的實(shí)現(xiàn)過程中由于泵浦激光脈沖很短和晶體破壞閾值的限制，使得效率不但不能提高，連保持住原有水平都很困難。為此，團(tuán)隊(duì)通過在泵浦脈沖增加啁啾調(diào)制的方式，使脈沖展寬，不僅增加了相位匹配的有效作用距離，而且降低了泵浦脈沖的峰值功率，使得太赫茲的產(chǎn)生效率得到提高。實(shí)驗(yàn)獲得的脈沖能量達(dá)到了0.2mJ，場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到4MV/cm，我們平時(shí)所見到的閃電，其間峰值電場(chǎng)約為10KV/cm，也只有實(shí)驗(yàn)所獲得電場(chǎng)的四百分之一。
圖 通過啁啾脈沖展寬技術(shù)和光譜調(diào)制技術(shù)獲得0.2mJ, 4MV/cm的低頻高能強(qiáng)場(chǎng)太赫茲脈沖源及其實(shí)驗(yàn)裝置照片
報(bào)效祖國，培養(yǎng)人才
重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任苗俊剛教授介紹了吳曉君副教授工作的意義和實(shí)驗(yàn)室的情況。苗俊剛教授和吳曉君副教授在談到個(gè)人動(dòng)力時(shí)提到最多的一句話就是“想要做點(diǎn)事情”。他們經(jīng)歷了祖國艱難的發(fā)展階段，又看到了祖國如今的繁榮昌盛，國外留學(xué)經(jīng)歷讓他們意識(shí)到國內(nèi)在某些領(lǐng)域依然與國際先進(jìn)水平存在差異，于是更加堅(jiān)定了為國效力的決心。微波感知與安防應(yīng)用北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是基于北航電磁工程實(shí)驗(yàn)室建成的。北航電磁工程實(shí)驗(yàn)室是我國隱身飛機(jī)研究的鼻祖，有著完整的電磁波測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)試場(chǎng)，從軍用到民用、從通信到安防等多種設(shè)備和產(chǎn)品，都有該實(shí)驗(yàn)室在關(guān)鍵技術(shù)上的貢獻(xiàn)，吳曉君副教授團(tuán)隊(duì)所研究的太赫茲源技術(shù)也必將使實(shí)驗(yàn)室技術(shù)更上一層樓。
除了不斷在科研上有新的突破，吳曉君副教授也大力支持本科學(xué)生參與科研活動(dòng)，在第九屆超快現(xiàn)象與太赫茲會(huì)議上帶領(lǐng)了四位本科生參會(huì)，其中電子信息工程學(xué)院的方兆吉同學(xué)(大三)在會(huì)上做了口頭報(bào)告，其余三名同學(xué)得到了海報(bào)展示機(jī)會(huì)。
圖：吳曉君副教授（右一）和她的學(xué)生團(tuán)隊(duì)
結(jié)語：
目前，世界上還沒有全固態(tài)的毫焦量級(jí)的太赫茲系統(tǒng)，吳曉君副教授的團(tuán)隊(duì)將會(huì)在該方向繼續(xù)研究，探索新機(jī)理和新技術(shù)，再創(chuàng)新高，力爭做出能量更高的全固態(tài)高能強(qiáng)場(chǎng)太赫茲輻射源，為后續(xù)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
策劃/文案：曹嘉輝
采訪：譚莉莎，曹嘉輝
設(shè)計(jì)：楊智涵
鳴謝：電子信息工程學(xué)院
編審：門戶網(wǎng)站總編總監(jiān)工作室
投稿：geoos@buaa.edu.cn
