近年来，凝聚态物理领域的太赫兹光谱技术正经历从弱场线性表征向强场非线性操控、从一维静态谱学向多维相干动力学的跨越。二维太赫兹相干光谱技术通过解析两束强场太赫兹脉冲激发下的非线性响应，可直接探测材料中集体激发模式的微观耦合路经。然而，如何高效产生并独立调控两束高场强太赫兹脉冲，一直是制约该技术发展的瓶颈。

　　针对上述挑战，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心、北京大学与上海交通大学联合研制了一套兼具高能量转换效率与参数完全可调的新型二维太赫兹光谱平台。该系统基于倾斜波前技术，在两块独立的铌酸锂晶体中产生双束强场太赫兹源。通过引入潜望镜式线栅合束器，不仅大幅保留太赫兹的电场强度，还借助双反射镜的独立对准自由度，实现两束太赫兹光在样品及探测区的高效共线耦合。该光路可以对双脉冲的偏振态、中心频率及电场强度进行独立控制，显著提升了二维太赫兹相干光谱的实验灵活性。

　　为验证系统的探测能力，团队系统测量了掺杂硅单晶在双频太赫兹脉冲激发下的非线性混频效应。通过频率矢量分析，实验不仅在室温下清晰分辨出高达十一阶的非线性响应信号，更揭示了高阶信号的偏振依赖特性。以往在半导体中观测此类高阶太赫兹非线性过程，通常必须依赖大型自由电子激光装置的极端场强或低温环境。该结果证实了基于桌面激光器的太赫兹二维光谱平台在驱动并解析复杂高阶非线性动力学机制方面的灵敏度与可靠性。

　　该装置突破了太赫兹二维相干光谱的仪器局限，为探索凝聚态物质的复杂低能激发态动力学和强场非微扰现象提供了高灵敏度的表征平台。研究成果以“A versatile two-dimensional terahertz spectroscopy platform with dual independently controlled intense pulses”为题，于2026年3月发表在《Review of Scientific Instruments》。中国科学院物理研究所汪信波副研究员及北京大学特聘副研究员时立宇为论文的共同一作，物理所汪信波副研究员、北京大学/上海交通大学李政道研究所董涛副教授和王楠林教授为论文的通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金以及综合极端条件实验装置（SECUF）的大力支持。文章链接：https://doi.org/10.1063/5.0281877

图1. (a) 二维太赫兹相干光谱的光路示意图。(b) 二维光谱的测量时序与调制原理。（c-d）硅单晶在室温下的二维时域和频域非线性信号。