便携太赫兹激光器：用于医学成像与安检的高功率量子级联器件
研究人员开发出一种高功率、便携版量子级联激光器，可在实验室外产生太赫兹辐射。该激光器潜在应用包括精准定位皮肤癌和探测隐藏爆炸物。
迄今，产生足够实时成像和快速光谱测量的太赫兹辐射功率，需远低于 200 开尔文（-100°F）的温度。这只能靠笨重设备实现，将技术用途限于实验室。新太赫兹量子级联激光器可在高达 250 K（-10°F）温度下工作，意味着只需紧凑便携制冷器。
激光器长仅几毫米、比人发还细，是量子阱结构，拥有精心定制的阱和势垒。结构内电子沿“阶梯”级联下降，每级发射一个光子。
一项关键创新是将势垒高度加倍以防止电子泄漏，这在高温下倾向于增加。此前高势垒曾零星探索但结果不佳。研究者开发了适合高势垒的带结构参数和概念上新颖的优化设计方案。
此创新搭配直接声子方案，通过以下构型维持激光工作：各模块（即阶梯步骤）的较低激光能级通过声子（振动能量量子）散射快速去布居到基态，基态随后作为下一级上能级的电子注入源，过程循环。这种电子排布对激光产生至关重要。
量子阱与势垒间接近 15,000 个界面，半数甚至不足 7 个原子层厚。这些界面的质量和可重复性对太赫兹激光器性能至关重要。
医疗环境中，新便携系统——含紧凑相机和探测器、通电即可运行——可在常规皮肤癌筛查甚至切除皮肤癌组织的手术中提供实时成像。癌细胞在太赫兹下显现剧烈，因其水和血液浓度高于正常细胞。
技术也适用于需检测产品内异物以保证安全质量的许多行业。用太赫兹辐射检测气体、毒品、爆炸物可变得极其复杂。氢氧化物等破坏臭氧层物质、冰毒海洛因等毒品、TNT 等爆炸物在太赫兹频段有特殊光谱“指纹”。
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