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突破极限!小如米粒便携式太赫兹激光器问世 工作温度-23℃未来或接近室温

更新时间:2020-11-10 15:58

麻省理工学院(MIT)和滑铁卢大学(University of Waterloo)的研讨人员开发了一种名为量子级联激光器(quantum cascade laser)的高功率便携式设备,这种设备能够在实验室环境之外发生太k8凯发真人娱乐手机赫兹辐射。

这种激光有或许应用于比如准确定位皮肤癌和勘探躲藏爆炸物等范畴。

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到目前为止,太赫兹辐射的强度足以进行实时成像和快速光谱测量,需求的温度远低于200开尔文(-23℃)或更低。这种温度只能经过粗笨的设备来完成,这就约束了这项技能只能在实验室中运用。

日前宣布在《天然·光子学》(Nature Photonics)杂志上的一篇论文中,麻省理工学院电子工程和计算机科学出色教授Qing Hu和他的搭档陈述说,他们的太赫兹量子级叠激光器能够在高达250 K(-10华氏度)的温度下作业,这意味它能够操控在在饼干巨细的刺进式冷却器作业温度规模之内。

小如米粒便携式太赫兹激光器面世

太赫兹量子级联激光器是一种细小的嵌入芯片的半导体激光器,于2002年初次被创造,可是要使其运转到200k以上是十分困难的。

“在高温下,咱们总算能够把它放进一个细巧的便携式体系中,把这项打破性的技能带出实验室,”Qing Hu说。“这将使便携式太赫兹成像和光谱体系成为或许,将对医学、生物化学、安全以及其他范畴的广泛应用发生直接影响。”

早在1991年,Qing Hu就开端研讨太赫兹频率——一种介于微波和红外之间的电磁波谱。

他说:“2002年,我花了11年的时刻和三代学生来制作咱们自己的(太赫兹量子级联激光器)。”从那时起,约束太赫兹辐射运用的最高作业温度一向远低于室温。这篇论文中报导的25万公里的最大值,与2019年树立的21万公里的最大值比较,是一个相当大的腾跃,打破了2012年坚持了7年的20万公里的纪录。

这种激光器只要几毫米长,比人的头发还细,是量子阱结构,带有精心定制的阱和屏障。在这种结构中,电子“级联”地沿着一种阶梯向下,每走一步都发射出一种轻粒子,即光子。

研讨人员在《天然·光子学》上宣布的论文中描绘了一项重要的立异,行将激光内部的隔板高度进步一倍,以避免电子的走漏,这种现象在高温下往往会添加。

“电子漏出是元凶巨恶。”因而Hu和他的搭档在AlGaAs屏障中加入了更多的铝,希望能更好地约束这些电子。胡的团队还必须避免电子经过AlGaAs屏障走漏而相互作用。

“这些是十分复杂的结构,在量子阱和势垒之间有将近15000个界面,其间一半乃至还不到7个原子层的厚度,”该研讨的合著者、滑铁卢大学电子与计算机工程教授、纳米技能讲座教授Zbig Wasilewski说。

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“这些接口的质量和再现性对太赫兹激光器的功能至关重要。它利用了分子束外延成长才能——这是咱们研讨团队的要害奉献——以及咱们麻省理工学院合作者在量子器材建模和制作方面的特长,在极具挑战性的太赫兹光子学范畴取得了如此重要的发展。”

Hu说,相同的战略应该能使团队终究制作出室温的太赫兹激光器。

室温太赫兹源能够与在室温下也能作业的太赫兹检测器配对,这是Vitiello和其他研讨人员正在开发的。这种结合或许导致太赫兹成像技能的呈现,这些技能能够在不进行活检的情况下区别皮肤癌和正常安排,也能够调查飞机上的乘客和货品是否藏有爆炸物、不合法药物,乃至是冒充药品。“咱们对此盼望已久。”

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料:https://www.sciencemag.org/news/2020/11/new-lasers-fire-terahertz-beams-could-propel-medical-imaging-and-contraband-detection

https://news.mit.edu/2020/terahertz-laser-portable-1102

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