當(dāng)年,國(guó)內(nèi)媒體報(bào)道了日本將太赫茲技術(shù)列為“國(guó)家支柱十大重點(diǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)”之首,舉全國(guó)之力進(jìn)行研發(fā),引起了國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界和國(guó)家部委的高度重視。受?chē)?guó)家委托,在劉盛綱的組織下,專(zhuān)家學(xué)者齊聚北京香山飯店,探討我國(guó)太赫茲科學(xué)技術(shù)發(fā)展方向。最后,大家一致認(rèn)為太赫茲既是科學(xué)技術(shù)前沿,又是國(guó)家重大需求。
在劉盛綱等10多位院士的倡導(dǎo)下,包括電子科大在內(nèi)的國(guó)內(nèi)多所大學(xué)和科研院所紛紛籌建起太赫茲研究中心(室),推動(dòng)了國(guó)內(nèi)太赫茲的研究走向縱深。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前國(guó)內(nèi)已有近百個(gè)研究團(tuán)隊(duì),研究方向與世界同步,掀起了太赫茲研究的高潮。
學(xué)界和媒體常把劉盛綱稱(chēng)為“中國(guó)太赫茲之父”,他卻只愿意接受自己是中國(guó)太赫茲研究的旗手、先驅(qū)。
2006年,電子科技大學(xué)正式成立太赫茲研究中心,2010年底,太赫茲科學(xué)技術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室正式成立,2017年,太赫茲技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室獲批。如今,這里已經(jīng)建成了在太赫茲領(lǐng)域從基礎(chǔ)研究到材料、器件、系統(tǒng)的完整研究平臺(tái)。
基礎(chǔ)研究路上彎道超車(chē)
這里誕生太赫茲波產(chǎn)生的革命性思想
與劉盛綱家一河之隔,是電子科技大學(xué)沙河校區(qū)的逸夫樓。正是在這里,劉盛綱帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)作出了國(guó)際學(xué)術(shù)界公認(rèn)的原創(chuàng)性或奠基性成果,將電子科大在太赫茲領(lǐng)域的研究推向國(guó)際領(lǐng)先地位。
來(lái)到一樓的“太赫茲輻射源研究部”,這里科研儀器密布,價(jià)值數(shù)千萬(wàn)元。實(shí)驗(yàn)室正在籌備搬家,將遷往清水河校區(qū),在那里擁有更大的面積。
實(shí)驗(yàn)室里,儀器發(fā)出嗡嗡的轟鳴聲,實(shí)驗(yàn)還在進(jìn)行。“這是超導(dǎo)磁場(chǎng)低溫壓縮機(jī)的聲音”,胡旻指向試驗(yàn)臺(tái)上的回旋管,太赫茲波就從中產(chǎn)生。
巧婦難為無(wú)米之炊。高功率、高效率的太赫茲輻射源是太赫茲研究、應(yīng)用的首要難題。而這正是該實(shí)驗(yàn)室攻克的重點(diǎn)之一。
電子科技大學(xué)太赫茲科學(xué)技術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)科研人員正在工作
來(lái)源就是這些看似普通輸水管道的太赫茲回旋管。2011年,這里曾誕生過(guò)國(guó)內(nèi)第一支太赫茲回旋振蕩管。
胡旻透露,目前實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的器件最高頻率達(dá)到0.7THz,功率達(dá)千瓦級(jí)。這是用電子學(xué)方法產(chǎn)生太赫茲頻段輸出功率最高的器件。
0.14THZ的兆瓦級(jí)高功率輸出也被用于中國(guó)“人造太陽(yáng)”。可控核聚變需要上億度的溫度。這么高的能量從哪兒來(lái)?這些回旋管就是其加熱裝置。
高功率、高效率太赫茲輻射源的獲得,源于誕生于此的“太赫茲波產(chǎn)生的革命性思想”。
產(chǎn)生太赫茲源的方法很多,我國(guó)在利用自由電子產(chǎn)生高頻率電磁波上有一定基礎(chǔ)。但機(jī)理上,當(dāng)這些真空電子器件在太赫茲頻段,又面臨著尺度效應(yīng)的限制。
電子科技大學(xué)太赫茲科學(xué)技術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的國(guó)內(nèi)首套太赫茲頻段近場(chǎng)顯微系統(tǒng)
他舉例,日常家用微波爐產(chǎn)生微波的器件是拳頭大小的電子管,其輸出頻率是2.45GHz(1GHz=109Hz)。如果要做2.45THz的器件,意味著其大小每個(gè)方向上都要小1000倍,研發(fā)和加工難于上青天。
2012年,劉盛綱在世界頂尖物理期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表論文,公開(kāi)新發(fā)現(xiàn),一種新型太赫茲輻射源橫空出世。
他發(fā)現(xiàn)了一種新的物理現(xiàn)象,提出了電子學(xué)與光子學(xué)相結(jié)合的太赫茲輻射新理論,即利用自由電子激發(fā)表面等離子體激元產(chǎn)生切倫科夫輻射,獲得英國(guó)《自然·物理》雜志的專(zhuān)版評(píng)論。
2014年,劉盛綱團(tuán)隊(duì)通過(guò)利用二維材料石墨烯的表面等離子體波,提出了覆蓋整個(gè)太赫茲頻段的新型輻射源。該結(jié)果突破了傳統(tǒng)真空電子學(xué)理論框架,產(chǎn)生強(qiáng)太赫茲輻射;實(shí)現(xiàn)百瓦量級(jí)輸出功率,比現(xiàn)有器件高3個(gè)量級(jí)。
這大大推動(dòng)了太赫茲發(fā)展,使國(guó)際太赫茲研究向前邁進(jìn)了一大步。
想象空間被打開(kāi)
我們離太赫茲應(yīng)用還有多遠(yuǎn)?