分子雷射(excimer laser)、氣體雷射、染料雷射(dye laser)、固態雷射(solid state laser)、
光 參 量 震 盪 器 (optical parametric oscillator) 、 外 腔 式 半 導 體 雷 射 (external-cavity semiconductor laser)、自由電子雷射(free electron laser)。
第一個實現寬頻可調的雷射光源為染料雷射，由 B. H. Soffer 和 B. B. McFarland 兩 人於 1967 年所發表[1]，而 T. W. Hänsch 於 1972 年，使用望遠鏡(telescope)與繞射光柵 (diffraction grating)更進一步發表了窄線寬可調的染料雷射[2]，在此之後，許多不同架 構用於波長可調的染料雷射紛踵而至，例如 1976 年 I. Shoshan 等人[3]、1977 年 M. G.
Littman 與 H. J. Metcalf[4]， 使 用 一 平 面 鏡 與 繞 射 光 柵 的 擦 邊 入 射 光 柵 (grazing-incidence grating)架構(也就是後來稱作 Littman 或 Littman-Metcalf 的架構)、
1981 年 F.J. Duarte 與 J.A. Piper 所提出的多棱鏡光柵(multiple-prism grating)架構[5]…等，
這些各式各樣的架構、不同共振腔體的設計，後來也被其他種雷射光源所使用，其中一 種即為半導體二極體雷射。
半導體雷射的發展從 1970 年代開始，1962 年時，利用半導體材料砷化鎵(GaAs)作 為雷射的概念被實現[6,7]，此種雷射使用簡單的 p-n 同質接面(homojunction)構造，然 而因為閥值電流密度(threshold current density)過高，使得這種雷射只能操作在低溫、脈 衝(pulse)模式下，無法有效的應用；1963 年，H. Kroemer 和 Z. I. Alferov 等人分別提出 了雙異質接面(double heterojunction)的結構，預期將可達到室溫、連續模式(continuous wave)操作；1969 年，實現了室溫、脈衝操作的的半導體雷射[8]，1970 年，Z. I. Alferov 等人[9]與 I. Hayashi 等人[10]分別實現了室溫、連續操作的的半導體雷射，因此使用雙 異質接面結構的這項突破，為半導體雷射發展中最重要的里程碑，自此之後半導體雷射 開始蓬勃發展，百家爭鳴[11,12]。
而磊晶技術的進步，在半導體雷射的發展中也扮演著舉足輕重的角色，從 1963 年 開始應用於三五族半導體的液相磊晶(liquid phase epitaxy)技術，到 1980 年代的氣相磊 晶(vapor-phase epitaxy)、分子束磊晶(molecular beam epitaxy)的技術，使得半導體雷射 的主動層(active layer)得以從塊材(bulk)轉變為量子結構(quantum structure)，從 1975 年 的量子井雷射[13]，一路演進到 1994 年的量子點雷射[14]，至此半導體雷射發展趨於 成熟，更發展出許多不同的半導體雷射結構，如發展於長波長發光所用的量子串級雷射 (quantum cascade laser)、光纖通訊與單模雷射光操作所用到的分布回饋雷射(distributed feedback laser ,DFB laser)、便於大量製造以供應用的垂直共振腔面射型雷射(vertical cavity surface emitting laser, VCSEL laser)。
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量子點雷射的概念是於 1982 年由 Y.Arakawa 和 H.Sakaki 所提出[15]，並對量子點 雷射有著低臨界電流、對溫度變化較穩定特性等特點做出理論上的預測，1994 年，許多 大，只適用於窄頻調制；另一方面，布拉格反射鏡雷射(distributed Bragg reflector laser, DBR laser) 只需在半導體雷射上加入一些額外的功能部件，即比 DFB 雷射有著更寬的 波長調制範圍；第三種為使用 VCSEL 雷射與微機電系統(micro-electrical mechanical systems, MEMS)整合，在上端操控一外部鏡面，達到波長可調的目的；最後一種方式為
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圖 1-1 波長分割多工示意圖[19]
1.2 兆赫波
兆赫波(或稱為次毫米波、太赫茲波)，如圖 1-2，頻率介於紅外光與微波之間 ( 或 )，將較於光波與微波，兆赫波缺少有效的產生與 接收的元件，使得其發展相對來說，是較為緩慢與缺乏的。
圖 1-2 電磁波頻譜及兆赫波間隙[20]
然而因為自然界中許多的分子、化學物質，在兆赫波段內各有其特徵吸收譜線，如
圖 1-3 為大氣層的穿透頻譜，具有極佳的辨識性，因此舉凡在醫學顯像、DNA 辨識、
產品製造封裝品質檢測、無線通訊技術、安全檢驗、天文觀測…等，有著非常大的應用 潛力與商業價值，所以近幾十年來，開始有大量的研究投入其中，目的就是製造一個經 濟、良好、可商業化的兆赫波光源。
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圖 1-3 大氣層穿透頻譜[21]
目前產生兆赫波的方式有很多種，若以操作原理來區分，大致可分成兩類：自由載 子傳輸震盪與量子躍遷輻射[22]。前者包含甘氏二極體(Gunn diode)、共振穿隧二極體 (resonant tunneling diode)、崩渡二極體(impact ionization avalanche transit-time diode)、
反波管(backward wave oscillation)、自由電子雷射(free electron laser)、兆赫波時域頻譜 學(time-domain THz spectroscopy) 、電漿波；而後者包含利用黑體輻射原理，如高壓汞 燈、利用受激輻射原理，如量子堆疊雷射(quantum cascade laser)及使用非線性光學效應 的光和頻(sum-frequency generation)、光差頻(difference-frequency generation)、光整流 (optical rectification)。 外腔式雷射(Fourier-transform external cavity lasers)架構[26]，並於 1999 年使用這樣的 外腔式架構產生兆赫波[27]，隨後 S. Hoffmann 等人所組成的研究團隊，發表了許多與 雙波長外腔式雷射相關的理論模擬、實驗量測結果[28-30]，為往後要踏入相關研究的 後進殿下了穩固的基石。
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在光柵耦合的多波長外腔式雷射中，雙波長雷射的波長間距最大由林清富教授的研 究團隊，於 2004 年使用量子井雷射實現[31]，隔年更進一步發表達到粗式波長分割多 工轉換(coarse wavelength division multiplexing, CWDM)要求的多波長外腔式雷射(8 個 訊號，彼此波長間距 )[32]，而 M. Breede 等人利用數位微鏡面矩陣(digital micro
FT-ECL 與 Double-Littman 架構，以及頻譜的量測結果。
第五章解釋了利用光導天線產生兆赫波的理論，包含了超短脈衝波操作以及連續波 操作下的差別，最後並利用高勒池值偵測器作初步輻射波的實驗量測。
第六章為結論和未來的展望，使用此種新穎的可調式多波長量子點外腔式雷射，我 們期望可以結合量子點低操作電流的特性與外腔式雷射簡單可調波長的優點，達到經濟 便宜、室溫操作的兆赫波光源。
6 (density of states, DOS)有關，定義為單位能量單位體積內載子所擁有的能態數目：