加州大学洛杉矶分校（UCLA）的研究人员展示了一种实用方法，利用行业标准制造技术将太赫兹波的生成和检测集成到单个半导体芯片上，为更快的无线通信、便携式成像设备和紧凑型化学传感器打开了大门，最终可能将太赫兹系统从笨重的实验室设备转变为可制造的芯片。
太赫兹辐射占据微波和红外光之间的电磁频谱，大约为0.1至10太赫兹。研究人员长期以来一直认识到它在高带宽通信、安全扫描和科学传感方面的潜力，但由于可靠地生成和检测太赫兹信号需要专门的设备和特殊材料，实用系统在很大程度上仍局限于实验台。
UCLA团队的方法被称为单片集成太赫兹光电子（MITO）平台，它将光源、探测器、放大器和调制器集成在共享的半导体衬底上。关键组件是由砷化镓和铝镓砷（GaAs/AlGaAs）制成的量子阱PIN光电二极管，这些材料已广泛用于商业光子集成电路中。
该器件的工作原理是将两束频率略有不同的激光束导入量子阱结构。重叠部分产生一个等于两束激光频率差的电振荡。当该频率差落在太赫兹范围内时，就会产生太赫兹信号。同样的结构可以反向操作，以高灵敏度检测入射的太赫兹波。
在原型测试中，MITO平台在100至500吉赫兹范围（太赫兹带的低端）内展示了频率可调的太赫兹生成和检测。关键的是，该团队在同一芯片上集成了一个半导体光放大器，在降低所需光功率的同时，将生成效率提高了大约十倍。
该领域先前的一个假设认为，被困在量子阱中的电子逃逸速度太慢，无法支持太赫兹频率操作。UCLA团队的测量表明，电子在不到一万亿分之一秒内逃逸，足以满足太赫兹 regime 的要求。
“通过证明这些功能中的许多可以使用经过验证的行业标准制造平台集成到单个芯片上，我们的研究为面向实际应用的可扩展太赫兹技术打开了大门，”UCLA工程学教授兼该项目首席研究员莫娜·贾拉希表示。
目前的原型仍然依赖外部激光器，但该平台的设计目的是最终容纳片上可调谐激光器和额外的光子组件。该团队的下一步包括集成更多组件、提高性能以及扩展到更大的太赫兹源和探测器阵列。
该研究发表在《自然·通讯》（Nature Communications）上。
婷 翻译
来源：A chip that creates and senses terahertz waves could shrink future networks（Interesting Engineering，2026年7月）；Nature Communications