據麥姆斯咨詢報道，美國國家航空航天局（NASA）正在開發一款可觀測宇宙形成和結構的新型探測器。宇宙中眾多輻射與機械相互作用，塑造了星系的星際介質并推動著星系演化（如恒星風和噴射流的沖擊波、超新星爆炸等）；這種相互作用可在4.744太赫茲（THz）氧氣吸收譜線下獲得最佳觀測。然而，以往很少對該譜線進行觀測，這是由于4.744太赫茲頻率超出了大多數現有外差接收器（heterodyne receiver）中運行的本地振蕩器（local oscillator，LO）的靈敏度范圍，不足以支持這樣的觀測。由NASA資助的來自麻省理工學院（MIT）的團隊正在努力推進該技術，使未來的NASA任務包含可觀測這一重要譜線的接收器。

（a）圖為三階DFB激光器金線陣列與電子芯片連接；

（b）圖為DFB三聯體組合陣列的照片；

（c）DFB器件的電子顯微鏡掃描圖像顯示出三組陣列；

（d）三聯體輻射剖面的示意圖

（圖片來源：NASA）外差探測（Heterodyne detection）是將入射光信號與本地振蕩器（LO）的參考光進行比較。

該項目的主要挑戰是：將本地振蕩器的輸出功率從目前小于1mW的水平提升至5mW，將工作溫度從實驗的10K提升至40K（該溫度為天基或亞軌道天文臺的可適應溫度）。如圖，左側的大型電路板采用了以前的ASIC設計；其中三個矩形段提供了可支持4個20MHz信道的三個天線輸入端，且僅需約5W的能耗；右側是新型ASIC芯片。通過添加一些如連接器等小元件，它將提供相當于12個40MHz信道的三天線輸入，且僅需1W的能耗。

NASA的《2017 SMD Technology Highlights Report》報告中表示，項目團隊正在開發基于太赫茲量子級聯激光器（THz QCL）的本地振蕩器，該振蕩器可以泵出七元素外差接收器陣列。這些本地振蕩器必須發射具有良好光譜純度的單頻輻射（4.7太赫茲的窄線寬小于1MHz，），而該單頻輻射只能通過分布反饋（Distributed-FeedBack，DFB）光柵結構來實現。于是研究團隊考察了三種不同的DFB結構，以便實現接收器中的潛在應用，并選擇了最佳方案：具有高輸出功率水平的單向波束模式（光束僅向前輻射）。

能夠觀測4.744太赫茲頻率的接收器陣列，將為廣闊的銀河系和銀河系外環境中的恒星與氣體間的相互關系提供新穎獨特的視角。NASA計劃在未來的GUSTO（即為“銀河系/銀河系外的超長飛行時間氣球光譜太赫茲天文臺”的縮寫）任務中部署使用該技術的接收器，這也是計劃2021年發射的長時間飛行氣球（Long Duration Balloon，LDB）搭載目標。該技術還可能應用于未來的單孔徑遠紅外天文臺（Aperture Far-Infrared Observatory，SAFIR）任務，該大型低溫太空望遠鏡也被認為是斯皮策太空望遠鏡（Spitzer Space Telescope，SST）和赫歇爾空間天文臺（Herschel Space Observatory）的延續。

除天體物理學領域外，太赫茲量子級聯激光器還將廣泛用于安全、生物化學傳感和生物醫學成像等領域。不久的將來，該研究團隊將開發可用于GUSTO等亞軌道任務的可升空本地振蕩器。從長遠來看，這項工作將涉及到為像SAFIR這樣的為天基天文臺而開發的本地振蕩器，這意味著將包括性能要求更高的器件。