CPL編輯精選: 太赫茲科學與技術

編輯精選：太赫茲科學與技術

太赫茲（THz）輻射位于微波與紅外之間，兼具光學與電子學特性，具有非電離性穿透、寬帶譜及對超快時間分辨等獨特性質。隨著高功率THz強源、寬帶低噪聲探測器及可調光學器件的發展，THz技術已實現從信號產生、調制到多光譜探測的迅速發展，并在超快動力學測量、非平衡量子系統操控及高分辨率光譜學中展現重要應用價值。

本專題匯編了Chinese Physics Letters (CPL)近年來發表的THz強源產生、探測及光譜學方面代表性成果，包括高平均功率強源、低強度光與納米結構驅動的THz發射、鐵磁及半導體材料中亞皮秒自旋動力學探測、強場THz圓二色性光譜系統、高靈敏度外差接收器及高分辨率光譜儀，以及光泵浦-THz探測在強場電離與載流子動力學中的應用。這些研究不僅揭示了THz輻射機制及超快自旋和載流子動力學規律，也為太赫茲通信、成像、物態調控及強場光譜學提供了新方法和理論基礎。

LETTER

*呂治輝、趙增秀

In Situ Attosecond Probing of Strong-Field Ionization Dynamics via a Transient Plasma Grating

Ye Ma, Cong-Sen Meng, Zhi-Hui Lyu, Yuan Zhang, Dong-Wen Zhang, Xu Sun, Hai-Zhong Wu, Xiao-Wei Wang, Zeng-Xiu Zhao, and Jian-Min Yuan

Chin. Phys. Lett. 42, 120303 (2025)

DOI: 10.1088/0256-307X/42/12/120303

本文提出基于瞬態等離子體光柵的全光學方法，實現強場電離動力學的原位監測，并解析阿秒尺度電離調控。進一步應用于雙色場中THz產生機制研究，發現電離產額與THz發射存在約0.18π相位差，揭示二者內在關聯，為THz輻射機理提供定量依據。

LETTER

*吳曉君

100-mW High-Average-Power Strong-Field Terahertz Source

Ao-Jie Xu, Jiang-Hao Li, De-Yin Kong, Jia-Hua Cai, Tong Chen, Deepak Suthar, Pei-Chao Cao, Xie-Qiu Yu, Yi-Lin Yang, Ming-Xuan Zhang, Amine El Moutaouakil, and Xiao-Jun Wu

Chin. Phys. Lett. 42, 120406 (2025)

DOI: 10.1088/0256-307X/42/12/120406

本研究利用1030?nm、1?ps、2?mJ、100?kHz的飛秒激光泵浦鈮酸鋰晶體，并通過優化泵浦光斑尺寸與脈沖寬度，實現了迄今最高的太赫茲平均功率104?mW（轉換效率0.1%，室溫下無需冷卻），同時在1 kHz重頻下可獲得421?kV/cm的強電場，展示了其在高信噪比光譜學、成像及無損檢測等應用中的潛力。

LETTER

*時立宇、李源、王垡、董濤、王楠林

Field-Induced Spin Continuum in Twin-Free Na3Co2SbO6 Revealed by Magneto-THz Spectroscopy

Rongsheng Li, Liyu Shi, Yuchen Gu, Yue Chen, Xintong Li, Qiong Wu, Shuxiang Xu, Dong Wu, Yuan Li, Fa Wang, Tao Dong, and Nanlin Wang

Chin. Phys. Lett. 42, 120711 (2025)

DOI: 10.1088/0256-307X/42/12/120711

本研究通過磁光-太赫茲光譜研究了Na?Co?SbO?的自旋激發。在零場下觀察到TN以上的低能連續激發以及磁有序下0.5?THz的自旋波激發。當施加面內磁場時，自旋波在可轉化為磁連續譜并最終進入極化態，且在a、b軸間存在顯著各向異性，表明該體系是研究場可調量子磁性及潛在量子自旋液體的理想模型。

LETTER

*金鉆明、侯磊、朱亦鳴

Carrier Dynamics and Enhanced Terahertz Generation in GaAs Photoconductive Emitters with Microstructures

Yanrong Xiang, Zuanming Jin, Lei Hou, Zhiqiang Lan, Yang Li, Yan Peng, and Yiming Zhu

Chin. Phys. Lett. 42, 110403 (2025)

DOI: 10.1088/0256-307X/41/11/110403

表面態在寬帶太赫茲發射器中被預測起關鍵作用，其中光激發載流子主要局限在表面約1 μm范圍內。結構化GaAs表面可顯著提升紅外泵浦激光耦合效率并加速載流子弛豫，使光導天線太赫茲發射強度較非結構化器件提高約7.85倍，同時改善信噪比。

LETTER

*吳曉君

Distortion-Free Zeeman Torque Sampling for Detecting Terahertz Magnetic Field Pulse

Chun-yan Geng, Yi-chen Su, De-yin Kong, Fei Dai, Cheng-song, and Xiao-jun Wu

Chin. Phys. Lett. 42, 110802 (2025)

DOI: 10.1088/0256-307X/42/11/110802

本文提出基于Zeeman力矩采樣的鐵磁探測技術，實現了Py薄膜中強場太赫茲波形的無失真探測，并通過結構工程在對稱與非對稱異質結構中同時解析出Zeeman力矩響應與集體自旋波動力學，顯著突破了傳統技術在強場條件下的靈敏度限制。

LETTER

*張隆輝、胡放榮

Graphene–Metal Hybrid Metasurface for Broadband Terahertz Logic Encoder Induced by Near-Field Coupling

Yufan Zhang, Longhui Zhang, Mingzhu Jiang, Chenyue Xi, Fangrong Hu, Yatao Zhou, Shangjun Lin, Xinlong Xu, and Zengxiu Zhao

Chin. Phys. Lett. 42, 100405 (2025)

DOI: 10.1088/0256-307X/42/10/100405

本工作提出一種基于石墨烯–金屬混合超表面的THz寬帶NOR邏輯編碼器，實現0.52?THz帶寬內平均調制深度超過80%的NOR功能，強近場耦合與表面電流分析揭示了其調制機理，為THz通信、6G網絡及成像應用提供新方案。

LETTER

*徐晨燃

Electrically Tunable Graphene Terahertz Isolator Assisted by Nonreciprocal Plasmon

Chen-Ran Xu, Weiru Fan, Yanhao Tang, and Dawei Wang

Chin. Phys. Lett. 42, 014201 (2025)

DOI: 10.1088/0256-307X/42/1/014201

非互易光隔離器能夠實現光的單向傳播而無反射。本研究提出基于非互易石墨烯等離激元的非磁性太赫茲隔離器，在偏置漂移電流作用下實現超過20 dB隔離度且插入損耗小于3 dB，且通過調節載流子密度可將工作帶寬拓寬至1.7 THz，為電可調非磁性太赫茲隔離器的發展提供新途徑。

LETTER

*吳曉君

Generation of Circularly Polarized Strong-Field Terahertz Waves

Jiang-Hao Li, Hong-Ting Xiong, De-Yin Kong, Wei-Peng Zhao, Shao-Jie Liu, Bao-Gang Quan, and Xiao-Jun Wu

Chin. Phys. Lett. 41, 124201 (2024)

DOI: 10.1088/0256-307X/41/12/124201

太赫茲圓二色性光譜（TCD）被廣泛用于研究生物大分子及其他材料的手性特性。本研究設計并實現了一套集成的強場TCD光譜系統，通過傾斜波前與反射型超表面實現線偏振THz向圓偏振的高效轉換（橢圓率>0.9，轉換效率>90%，峰值電場>100?kV/cm），為強場條件下材料手性特性研究提供了重要工具。

LETTER

*劉笑宏、陳杰華、黃巍

Rydberg-Atom Terahertz Heterodyne Receiver with Ultrahigh Spectral Resolution

Zhenyue She, Xiaojie Zhu, Yayi Lin, Xianzhe Li, Xiaolin Yang, Yanfei Shang, Yuqin Teng, Haitao Tu, Kaiyu Liao, Caixia Zhang, Xiaohong Liu, Jiehua Chen, and Wei Huang

Chin. Phys. Lett. 41, 084201 (2024)

DOI: 10.1088/0256-307X/41/8/084201

本文展示了一種室溫原子太赫茲外差接收器，實現了超高靈敏度與頻率分辨率。在338.7?GHz信號下實現2.88?μV·cm?1·Hz?1/2靈敏度、89?dB線性動態范圍及赫茲級頻率分辨率，相比現有光譜儀提升兩個數量級，為全頻段太赫茲應用提供高性能方案。

LETTER

*金鉆明

Unveiling of Terahertz Emission from Ultrafast Demagnetization and the Anomalous Hall Effect in a Single Ferromagnetic Film

Zhiqiang Lan, Zhangshun Li, Haoran Xu, Fan Liu, Zuanming Jin, Yan Peng, and Yiming Zhu

Chin. Phys. Lett. 41, 044203 (2024)

DOI: 10.1088/0256-307X/41/4/044203

本文通過太赫茲發射譜研究了Fe單層鐵磁體的亞皮秒自旋動力學，發現太赫茲極性受磁化方向、層厚及界面控制，并區分了超快退磁與異常霍爾效應的貢獻，為獲取磁性結構中激光誘導的超快自旋動力學提供了可行方法。

LETTER

*卞學濱

Enhanced THz Radiation from Spatially Inhomogeneous Fields

Guang-Rui Jia, Deng-Xin Zhao, Song-Song Zhang, Zi-Wei Yue, Chao-Chao Qin, Zhao-Yong Jiao, and Xue-Bin Bian

Chin. Phys. Lett. 40, 103202 (2023)

DOI: 10.1088/0256-307X/40/10/103202

本文提出一種基于低強度單色激光與三角形金屬納米結構陣列產生的空間非均勻場的新型THz輻射方案，可通過調控電離電子的集體運動實現強殘余電流，使THz輻射強度提升約兩個數量級。

PERSPECTIVE

*吳曉君

Extreme THz Radiation from Lithium Niobite Materials

Xiaojun Wu(吳曉君)

Chin. Phys. Lett. 40, 054001 (2023)

DOI: 10.1088/0256-307X/40/5/054001

目前在鈮酸鋰晶體中實現毫焦級太赫茲強源面臨相位失配、轉換效率低及強泵浦下非線性效應等挑戰。研究通過傾斜脈沖波前、展寬泵浦脈沖、晶體堆疊與低溫冷卻等技術優化，成功突破效率瓶頸，實現全球首個超 10 mJ（13.9 mJ）的鈮酸鋰太赫茲強源。該成果驗證了鈮酸鋰晶體在高能太赫茲源領域的可行性，且未出現能量飽和，為進一步提升輻射功率提供可能。

LETTER

*黃崟東，陳燕萍，常超

Laser-Chirp Controlled?Terahertz?Wave Generation from Air Plasma

Xing Xu(徐行), Yindong Huang(黃崟東), Zhelin Zhang(張喆林), Jinlei Liu(劉金磊), Jing Lou(婁菁), Mingxin Gao(高明鑫), Shiyou Wu(吳世有), Guangyou Fang(方廣有), Zengxiu Zhao(趙增秀), Yanping Chen(陳燕萍), Zhengming Sheng(盛政明), Chao Chang(常超)

Chin. Phys. Lett. 40, 045201 (2023)

DOI: 10.1088/0256-307X/40/4/045201

本文揭示了激光啁啾在雙色激光誘導空氣等離子體產生太赫茲輻射中的關鍵調控作用，由激光啁啾和強度共同決定的雙色激光相位差能夠解釋輻射極小值的形成。此外，激光脈沖與太赫茲波之間存在頻率依賴的相位匹配關系。以上結果表明通過調控入射激光啁啾可實現對THz輻射強度及頻譜的有效控制。

文章轉載自“ChinesePhysicsLetters”公眾號