Nature Photonics 可在实验室外运行的太赫兹量子级联激光器

美国麻省理工学院和加拿大滑铁卢大学的研究人员设计了一种能够在实验室环境之外产生太赫兹辐射的高功率量子级联激光器（QCL） 。该激光器可用于皮肤癌的诊断和治疗，安全性和气体检测以及其他领域和行业。该新型激光器可在250 K的温度下运行，仅需一个紧凑的便携式冷却器即可实现全部功能。

太赫兹量子级联激光器的扫描电子显微镜图像。

这项工作源于麻省理工学院电气工程和计算机科学教授先前的工作，他从1991年开始研究太赫兹，并于2002年搭建了太赫兹QCL。

新型QCL激光器内部的势垒高度是经过设计的，可防止电子泄漏。电子越过势垒并泄漏是有害的，且泄漏现象在高温下会增加。研究人员为设计新的能带结构选择了优化的参数和方案。在量子阱和势垒之间有接近15,000个界面，其中一半甚至不到7个原子层厚。这些接口的质量和可重复性对于太赫兹激光器的性能至关重要。在分子束外延生长能力方面，加拿大的研究团队做出了重要贡献，MIT的研究人员在量子器件建模和制造方面的起到重要作用，从而在这一充满挑战的太赫兹光子学领域中取得了重要进展。

该系统还包括一个紧凑型相机和检测器，接通电源后可以在任何地方运行。这使其能够在皮肤癌筛查或手术过程中实时成像以切除癌组织。由于癌细胞的水和血液浓度比正常细胞高，因此它们在太赫兹信号中能够被明显识别出。

该设备还可以应用于质量控制以及气体，毒品和爆炸物的检测，例如氢氧化物，甲基苯丙胺和海洛因的检测以及包括TNT在内的爆炸物的检测。

该研究由美国国家航空航天局NASA和加拿大自然科学与工程研究委员会资助。