2026年7月16日——被归类为太赫兹的高频波占据着电磁波谱中介于红外线与微波之间的一个相对未被充分利用的区域。研究人员早已认识到其在超高速无线通信、安全检查、遥感以及医学成像等应用中的独特潜力。

随着技术向更高工作频率和数据速率迈进，基于光子的太赫兹系统（利用超高速光产生和处理太赫兹信号）因其优越的带宽和能效，已成为传统电子技术的有前景替代方案。然而，目前的太赫兹光电系统（即控制光的电子系统）仍然体积庞大、结构复杂，且难以规模化推广使用。这类系统通常依赖多个分立组件——包括激光器、放大器、调制器、信号源和探测器——这些组件必须单独制造、对准和互连，从而限制了其在专业实验室环境之外的应用。

现在，加州大学洛杉矶分校（UCLA）领导的一个研究团队展示了一种方法，可将这些功能集成到单个与现代光子技术兼容的半导体芯片上。这项成果发表在《自然通讯》（*Nature Communications*）上，为下一代通信、成像和传感应用中紧凑型、可扩展的太赫兹系统铺平了道路。

通过使太赫兹的产生和检测适用于光子集成电路，来自加州大学洛杉矶分校萨缪里工程学院的（UCLA Samueli School of Engineering）研究人员展示了一条途径，将实验室规模的太赫兹系统缩小为紧凑、可大规模生产的芯片——正如电子集成电路将计算机从冰箱大小的机器转变为现代微处理器一样。

“太赫兹光电系统一直存在体积庞大、成本高昂、功耗巨大且难以规模化推广的问题，”该研究的负责人、电气与计算机工程教授、同时也是UCLA Samueli工程学院电气工程诺斯罗普·格鲁曼（Northrop Grumman）讲席教授的莫娜·贾拉希（Mona Jarrahi）表示。“通过证明这些功能中的许多项可以在经过验证的行业标准制造平台上集成到一个芯片上，我们的研究为面向实际应用、实用且可扩展的太赫兹技术打开了大门。”

早期的单片光电太赫兹系统方法主要依赖于与标准光子芯片技术不兼容的特殊材料和制造工艺。

该团队的突破则聚焦于精心设计以控制光的极薄材料层——量子阱半导体结构，这些结构专为在单个共享芯片平台上同时产生、检测、调制和放大太赫兹信号而定制。

量子阱已广泛应用于光子集成电路中。研究人员的关键创新在于证明这些结构还能够通过一种称为增益增强带间光混频（gain-enhanced interband photomixing）的过程来支持太赫兹信号的产生和检测，该过程中两束激光束结合，以所需波长生成信号。

通过在光子集成电路中使用量子阱基底，该团队展示了与现有的基于光混频器或基于光干涉的太赫兹技术相比，更高效的太赫兹信号产生和更灵敏的太赫兹信号检测。

在UCLA，贾拉希也是加州纳米系统研究所（California NanoSystems Institute）的成员，并担任UCLA Samueli工程学院半导体中心（Semiconductor Hub at UCLA Samueli）的教职主任。该中心是一个耗资1.25亿美元、由行业支持的倡议项目，旨在加速人工智能驱动芯片技术领域的研究和劳动力发展。