研究人員研發出高功率便攜式太赫茲激光器

麻省理工學院和滑鐵盧大學的研究人員開發了一種高功率便攜式版本的設備，稱為量子級聯激光器，該設備可以在實驗室環境之外產生太赫茲輻射。激光可以潛在地用于諸如確定皮膚癌和檢測隱藏爆炸物的應用中。

到目前為止，要產生足夠強大的太赫茲輻射以執行實時成像和快速光譜測量，就需要溫度遠低于200開爾文(-100華氏度)或更低的溫度。只有使用笨重的設備才能達到這些溫度，而這些設備將技術的使用限制為實驗室環境。在《自然光子學》上發表的一篇論文中，麻省理工學院電氣工程與計算機科學杰出教授Qing Hu及其同事報告說，它們的太赫茲量子級聯激光器可以在高達250 K(-10華氏度)的溫度下工作，這意味著只有緊湊型需要便攜式冷卻器。

太赫茲量子級聯激光器是一種微小的芯片嵌入式半導體激光器，最早于2002年發明，但要使其適應遠超過200 K的工作卻是如此困難，以至于本領域的許多人都認為存在根本的物理原因阻止了該工作，胡說。

胡說：“在較高的工作溫度下，我們最終可以將其放入緊湊的便攜式系統中，并將這項突破性技術帶出實驗室。” “這將使便攜式太赫茲成像和光譜系統成為可能，對醫療，生物化學，安全性和其他領域的廣泛應用產生直接影響。”

胡錦濤于1991年開始研究太赫茲頻率(太赫茲頻率，即微波與紅外線之間的電磁頻譜范圍)。

他說：“ 2002年，我花了11年零三代學生的時間來制造自己的[太赫茲量子級聯激光器]。從那時起，限制太赫茲輻射使用的最高工作溫度仍遠低于室溫。本文報道的最大250 K代表著2019年建立的先前最大210 K的巨大飛躍，超過了2012年之前保持七年不變的200 K記錄。

激光的長度僅為幾毫米，比人的頭發還要細，它們是量子阱結構，具有精心定制的阱和勢壘。在該結構內，電子在一個階梯上“級聯”下來，在每個步驟中發射出一個光粒子或光子。

Nature Photonics論文中描述的一項重要創新是使激光內的勢壘高度加倍，以防止電子泄漏，這種現象在高溫下往往會增加。

胡說：“我們知道，阻擋電子的泄漏是殺手，”如果不使用低溫恒溫器進行冷卻，就會導致系統崩潰。“因此，我們設置了更高的屏障來防止泄漏，這是突破的關鍵。”

胡說，以前，偶爾會探索更高的壁壘，但結果卻不如前者。普遍的看法是，與較高的勢壘相關的電子散射增加是有害的，因此應避免使用較高的勢壘。

研究團隊為高障礙物的能帶結構開發了正確的參數，并為設計設計了概念上新穎的優化方案。