研究人员研发出高功率便携式太赫兹激光器

麻省理工学院和滑铁卢大学的研究人员开发了一种高功率便携式版本的设备，称为量子级联激光器，该设备可以在实验室环境之外产生太赫兹辐射。激光可以潜在地用于诸如确定皮肤癌和检测隐藏爆炸物的应用中。

到目前为止，要产生足够强大的太赫兹辐射以执行实时成像和快速光谱测量，就需要温度远低于200开尔文(-100华氏度)或更低的温度。只有使用笨重的设备才能达到这些温度，而这些设备将技术的使用限制为实验室环境。在《自然光子学》上发表的一篇论文中，麻省理工学院电气工程与计算机科学杰出教授Qing Hu及其同事报告说，它们的太赫兹量子级联激光器可以在高达250 K(-10华氏度)的温度下工作，这意味着只有紧凑型需要便携式冷却器。

太赫兹量子级联激光器是一种微小的芯片嵌入式半导体激光器，最早于2002年发明，但要使其适应远超过200 K的工作却是如此困难，以至于本领域的许多人都认为存在根本的物理原因阻止了该工作，胡说。

胡说：“在较高的工作温度下，我们最终可以将其放入紧凑的便携式系统中，并将这项突破性技术带出实验室。” “这将使便携式太赫兹成像和光谱系统成为可能，对医疗，生物化学，安全性和其他领域的广泛应用产生直接影响。”

胡锦涛于1991年开始研究太赫兹频率(太赫兹频率，即微波与红外线之间的电磁频谱范围)。

他说：“ 2002年，我花了11年零三代学生的时间来制造自己的[太赫兹量子级联激光器]。从那时起，限制太赫兹辐射使用的最高工作温度仍远低于室温。本文报道的最大250 K代表着2019年建立的先前最大210 K的巨大飞跃，超过了2012年之前保持七年不变的200 K记录。

激光的长度仅为几毫米，比人的头发还要细，它们是量子阱结构，具有精心定制的阱和势垒。在该结构内，电子在一个阶梯上“级联”下来，在每个步骤中发射出一个光粒子或光子。

Nature Photonics论文中描述的一项重要创新是使激光内的势垒高度加倍，以防止电子泄漏，这种现象在高温下往往会增加。

胡说：“我们知道，阻挡电子的泄漏是杀手，”如果不使用低温恒温器进行冷却，就会导致系统崩溃。“因此，我们设置了更高的屏障来防止泄漏，这是突破的关键。”

胡说，以前，偶尔会探索更高的壁垒，但结果却不如前者。普遍的看法是，与较高的势垒相关的电子散射增加是有害的，因此应避免使用较高的势垒。

研究团队为高障碍物的能带结构开发了正确的参数，并为设计设计了概念上新颖的优化方案。