研究人员首次推出紧凑型太赫兹激光器

太赫兹射线的应用范围很广,从高速无线网络到检测癌症和炸弹。现在,研究人员说,他们也许最终可以制造出一种便携式,高功率的太赫兹激光器。

研究人员首次推出紧凑型太赫兹激光器
便携式太赫兹激光器有许多可能的应用。这个是带有热电冷却器的原型激光芯片。

太赫兹波(也称为 亚毫米波辐射或远红外线) 位于电磁波的光波和微波之间。太赫兹射线的频率范围从0.1太赫兹到10太赫兹,可以在成像中找到许多应用,例如检测许多爆炸物和非法药物,扫描癌症,识别蛋白质结构,无损检测和质量控制。它们也可能是未来高速无线网络的关键,该高速无线网络将以每秒兆兆位数万亿比特)的速度传输数据。

研究人员首次推出紧凑型太赫兹激光器
发射万亿比特的芯片:太赫兹激光芯片原型,其下面和后面都有冷却装置。

但是,由于缺乏强大而紧凑的太赫兹光源,太赫兹射线在很大程度上局限于实验室环境。常规的半导体器件可以产生太赫兹波,其频率范围低于1太赫兹或高于10太赫兹。麻省理工学院的电气工程师Qing Hu说,中间的频率范围(称为太赫兹间隙)可能被证明对成像,炸弹检测,癌症检测和化学分析应用特别有价值。

先前的研究表明,所谓的量子级联激光器可以弥合这一差距。这些设备的核心是由具有不同电导率的半导体材料的交替层组成的晶圆。当带电时,电子保持限制在更高电阻层之间的更高导电层中。最终,这些电子以“量子级联”形式发光。

但是,设计用于在太赫兹间隙内发光的量子级联激光器所需的温度长期低于-63摄氏度。问题在于,在较高的温度下,受约束的电子会通过电阻更大的层泄漏。

现在,麻省理工学院和加拿大滑铁卢大学的科学家已经设计出一种高功率量子级联激光器,该激光器可发出大约4太赫兹的光,最高工作温度为-23摄氏度。这表明它可以使用紧凑型热电冷却器代替大体积的低温技术,可实现便携式应用。

该激光器中的晶片由夹在更多电阻的铝砷化镓层之间的导电性更高的砷化镓片组成。科学家将砷化铝镓铝层中的铝浓度加倍,以更好地将电子限制在砷化镓片内。他们还仔细调整了这些层的厚度,以帮助确保这些电子以量子级联的方式发射光。

研究人员可能会调整激光器,使其发射频率也达到2至7太赫兹。研究人员说,在7至10太赫兹之间,可能需要基于氮化镓等不同材料的量子级联激光器。

关于激光是否可以在更高温度下在太赫兹间隙内工作,“我几乎可以肯定地说,可以在室温或更高温度下实现太赫兹工作,”Hu说。“这意味着我们甚至可以拥有手持式太赫兹激光器。”获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

科学家于11月2日在线发表在《自然光子学》杂志上,详细介绍了他们的发现

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