高功率便携式太赫兹激光器
研究人员开发了一种称为量子级联激光器的高功率便携式设备，可以在实验室环境外产生太赫兹辐射。激光可用于精确定位皮肤癌和探测隐藏的爆炸物等应用。
到目前为止，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需要远低于 200 开尔文（-100°F）或更低的温度。这些温度只能通过限制该技术在实验室环境中使用的笨重设备来实现。太赫兹量子级联激光器可以在高达 250 K (-10 °F) 的温度下工作，这意味着只需要一个紧凑的便携式冷却器。
这些激光器的长度只有几毫米，比人的头发还要细，是量子阱结构，具有精心定制的阱和势垒。在该结构中，电子“级联”下一种阶梯，在每一步都发射一个光粒子或光子。
一项重要的创新是将激光器内的屏障高度加倍以防止电子泄漏，这种现象在高温下往往会增加。以前，偶尔会探索更高的障碍，但结果较差。研究人员为高势垒的能带结构制定了正确的参数，并为设计提出了一种概念上新颖的优化方案。
这项创新与直接声子方案相结合，该方案通过一种配置保持激光器运行，其中每个模块的较低激光水平或结构楼梯的台阶通过声子（或振动能量单位）散射到基态，然后作为电子注入器进入下一步的上层，并重复该过程。系统中电子的这种排列方式对于产生激光是必不可少的。
量子阱和势垒之间有近 15,000 个界面，其中一半甚至没有 7 个原子层厚。这些接口的质量和再现性对太赫兹激光器的性能至关重要。
在医疗环境中，新的便携式系统——包括一个紧凑型相机和探测器，可以在任何有电源插座的地方工作——可以在常规皮肤癌筛查期间甚至在切除皮肤癌组织的外科手术期间提供实时成像。癌细胞在太赫兹波段显着出现，因为它们比正常细胞具有更高的水和血液浓度。
该技术还可以应用于许多需要检测产品中的异物以确保其安全性和质量的行业。随着太赫兹辐射的使用，气体、毒品和爆炸物的检测可能变得特别复杂。氢氧化物（一种臭氧破坏剂）等化合物在太赫兹频率范围内具有特殊的光谱“指纹”，甲基苯丙胺和海洛因等毒品以及包括 TNT 在内的爆炸物也是如此。
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