小如米粒便攜式太赫茲激光器問世 可在醫學成像、通信等諸多領域“大顯身手”

最近，科學家研制出一種新型米粒大小的便攜式太赫茲激光器，其工作溫度為250K(-23℃)，可用于餅干大小的插入式冷卻器。這項研究將推動太赫茲激光器在醫學成像、通信、質量控制、安全和生物化學等諸多領域“大顯身手”。

此前，基于芯片的緊湊型激光器已經攻克了從紫外線到紅外線的大部分電磁頻譜，使開發相關數字通信、條形碼閱讀器到激光指示器和打印機的技術成為可能。但頻譜的一個關鍵區域仍然未能突破——位于紅外光和微波之間的太赫茲(THz)頻率。

去年，蘇黎世理工大學物理學家杰羅姆·法斯特帶領的研究團隊研制出一種太赫茲量子級聯激光器(QCL)，由上百層砷化鎵和鋁砷化鎵交替組成，工作溫度為210k(-63℃)。這一發明被認為是彌合半導體電子和光子源之間所謂的“太赫茲間隙”的重大突破。然而，它仍然需要笨重而昂貴的低溫冷卻器，苛刻的冷卻條件將緊湊型太赫茲激光器的技術限制在了實驗室環境中。

如今，這種限制已不復存在。11月2日發表在《自然·光子學》雜志上的一項最新研究指出，科學家采用清潔三能級系統設計策略，在一塊芯片上制造出一種米粒大小的太赫茲量子級聯激光器(約為4太赫茲)，其工作溫度為250K(-23℃)，在餅干大小的插入式冷卻器工作溫度范圍之內。

意大利國家研究委員會納米科學研究所的凝聚態物理學家米里亞姆·維蒂洛說，這是一項了不起的成就，因為提高太赫茲激光器的溫度一直是研究的長期目標。

研究人員表示，室溫太赫茲源可以與室溫下工作的太赫茲探測器配對，目前他們正在開發這一技術。這種結合可能推動太赫茲成像儀等技術的出現，或者在機場、航空公司等地檢測是否有隱藏的爆炸物、非法藥物，甚至假藥等。(實習記者張佳欣)