麻省理工学院（MIT）和滑铁卢大学（滑铁卢大学）的研究人员开发了一种高功率便携式量子级联激光器，可以在实验室环境之外产生太赫兹辐射。该激光可用于皮肤癌的精确定位和隐藏爆炸物的检测等领域。到目前为止，能够实时成像和快速光谱分析的太赫兹辐射需要在远低于200开氏温度（-100F / -73°C）或更低的温度下进行操作。为了达到此温度，必须使用大型设备，这限制了该技术在实验室中的使用。麻省理工学院电子工程与计算机科学杰出教授胡青及其同事在他们的研究论文中指出，他们的太赫兹量子级联激光器可以在高达250开氏温度（-10F）的温度下工作。这意味着仅需一个小型便携式冷却器即可达到该温度。他们的研究发表在“自然光子学”上。胡教授说：“太赫兹量子级联激光器是嵌入在芯片中的微型半导体激光器。它是2002年发明的，但是在200开氏度以上的温度下操作非常困难，因此许多行业学者都推论到这一点。存在阻碍该过程的基本物理原理。图片来源：麻省理工学院的官方网站Portable Terahertz Hu说：“因为它可以在200 K以上的温度下适应环境，所以我们可以集成太赫兹量子级联激光器。集成到小型便携式系统中，并将这项突破性技术带出实验室。期望这将使便携式太赫兹成像和光谱系统可用，一旦可用，它将在医学，生物化学，安全性和其他领域产生重要影响。 “该领域的许多主管部门都不认为这些设备可以在实验室环境之外或室温附近的任何地方工作。”滑铁卢大学的物理学家，电子和计算机工程教授Zbig Wasilewski评论道。 “我们刚刚完成的研究正在改变这种看法。”这些定制设计的激光器只有几毫米长，是带有精心设计的阱和势垒的量子阱结构。在这种结构中，电子“级联”。在一种梯子上下来，梯子的每一步都发射一种光粒子，即光子。该研究中的一项重要创新是将激光器内部的势垒高度加倍，以防止电子泄漏，电子泄漏在高温下往往会增加。胡教授说：“我们知道电子泄漏是致命的。如果不使用低温恒温器进行冷却，则会导致系统崩溃。因此，我们设置了更高的屏障来防止泄漏，事实证明这是突破的关键。这位教授说，过去人们偶尔进行高障碍研究，但结果并不令人满意。一般认为，电子散射的增加和较高的势垒是有害的，因此不应设计较高的势垒。研究团队为能带结构开发了正确的参数，并为整体设计开发了一种新颖的概念优化方案。图片来源：麻省理工学院的官方网站。复杂结构“这是非常复杂的结构。在量子阱和势垒之间有近15,000个界面，其中一半的厚度小于7个原子层。合著者Wasilewski解释说。 “这些界面的质量和可再现性对于太赫兹激光器的性能至关重要。”在医疗领域，这种新型便携式系统包括紧凑型相机和检测器，可通过电源插座在任何地方操作并在皮肤上使用。癌症筛查甚至可以在手术过程中提供实时成像，以去除皮肤癌组织。胡教授说，癌细胞“在太赫兹状态下表现得非常清楚”，因为它们的水和血液中的浓度高于正常细胞。该技术还可应用于需要检测产品内部异物以确保产品安全和质量的许多行业。