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小如米粒便携式太赫兹激光器问世

来源:科技日报    时间:2020-11-06    

  最近,科学家研制出一种新型米粒大小的便携式太赫兹激光器,其工作温度为250K(-23℃),可用于饼干大小的插入式冷却器。这项研究将推动太赫兹激光器在医学成像、通信、质量控制、安全和生物化学等诸多领域“大显身手”。

  此前,基于芯片的紧凑型激光器已经攻克了从紫外线到红外线的大部分电磁频谱,使开发相关数字通信、条形码阅读器到激光指示器和打印机的技术成为可能。但频谱的一个关键区域仍然未能突破——位于红外光和微波之间的太赫兹(THz)频率。

  去年,苏黎世理工大学物理学家杰罗姆·法斯特带领的研究团队研制出一种太赫兹量子级联激光器(QCL),由上百层砷化镓和铝砷化镓交替组成,工作温度为210k(-63℃)。这一发明被认为是弥合半导体电子和光子源之间所谓的“太赫兹间隙”的重大突破。然而,它仍然需要笨重而昂贵的低温冷却器,苛刻的冷却条件将紧凑型太赫兹激光器的技术限制在了实验室环境中。

  如今,这种限制已不复存在。11月2日发表在《自然·光子学》杂志上的一项最新研究指出,科学家采用清洁三能级系统设计策略,在一块芯片上制造出一种米粒大小的太赫兹量子级联激光器(约为4太赫兹),其工作温度为250K(-23℃),在饼干大小的插入式冷却器工作温度范围之内。

  意大利国家研究委员会纳米科学研究所的凝聚态物理学家米里亚姆·维蒂洛说,这是一项了不起的成就,因为提高太赫兹激光器的温度一直是研究的长期目标。

  研究人员表示,室温太赫兹源可以与室温下工作的太赫兹探测器配对,目前他们正在开发这一技术。这种结合可能推动太赫兹成像仪等技术的出现,或者在机场、航空公司等地检测是否有隐藏的爆炸物、非法药物,甚至假药等。

  总编辑圈点

  太赫兹的频率在毫米波和红外线之间,太赫兹成像技术、波谱技术和太赫兹通信,是其应用的几个关键领域。太赫兹有穿墙透视能力,能让危险因素无处遁形;一些有机大分子、易燃易爆物在太赫兹特有的光谱特征下,也可以现形。目前,我国在太赫兹通信技术方面已经展开了研究。此文提到的便携式太赫兹激光器,能够提升对工作环境要求颇为苛刻的太赫兹技术的可用性。毕竟,一项新技术“飞入寻常百姓家”的第一步,就是不能那么“娇滴滴”。

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