美國和加拿大的科學家開發了一種便攜式設備，可以在實驗室條件之外產(chan) 生強大的太赫茲(zi) 輻射。這種激光將有助於(yu) 診斷醫院的皮膚癌，並在機場發現隱藏的爆炸物。該進展在《自然光子學》雜誌上有描述。

研發的可以產(chan) 生太赫茲(zi) 激光的調諧量子級聯激光器

直到今天，產(chan) 生足夠功率的太赫茲(zi) 激光可以實現實時的影像和溫度在低於(yu) 200K或更低的溫度下的快速的光譜測量。這些溫度隻能通過設備整體(ti) 上的溫度下降來實現，從(cong) 而限製了該技術隻適合在實驗室使用。在近日出版的頂刊《Nature》中，來自MIT的傑出的電子工程學教授和計算科學教授 Qing Hu 及其同事報道了他們(men) 的量子級聯激光器，可以實現在為(wei) 溫度高於(yu) 250K時進行工作，這意味著隻需要一個(ge) 可移動的冷卻係統就可以滿足。

太赫茲(zi) 量子級聯激光，嵌入微型芯片 半導體(ti) 激光器件，首次在2002年被發明，但直到該技術可以適應在高於(yu) 200K時進行工作被證明是非常困難的，因為(wei) 在這一領域由於(yu) 物理的原因阻止了這一目標的實現，Hu說到。

在一個(ge) 比較高的溫度進行工作，我們(men) 可以最終將這一技術應用在緊湊且可移動的係統中，並在這一領域取得突破，而在實驗室外進行應用，Hu說，這將使得可移動的太赫茲(zi) 影像和光譜係統可以立即在很寬廣的範圍得到應用，諸如醫療、生物化學、安全以及其他領域。

Hu開始研究太赫茲(zi) 頻率——一種電磁（波）譜在微波和紅外範圍之間的波段，可以追溯到1991年。

這一研究花了我們(men) 11年的時間，並且三代學生的持續努力，使得我們(men) 的太赫茲(zi) 級聯激光器在2002年問世，他說到，從(cong) 此以後，最高的極限工作溫度成為(wei) 限製我們(men) 使用太赫茲(zi) 激光的最大障礙，基本維持在室溫以下。在本文中報道的最高溫度為(wei) 250K，被認為(wei) 是在早先210 K基礎上前進了一大步，這一工作溫度為(wei) 210 K的結果在2019年獲得的，這一結果是在2012年取得的溫度為(wei) 200K 的基礎上前進的，這一進步花了7年。

這一激光，測量長度隻有幾毫米何厚度比人的頭發還要細的目標。

我們(men) 理解，在電子泄露的障礙之上對這一激光器來說就是一大殺手，屬於(yu) 量子阱結構且精細定製的工程和障礙。在這些結構內(nei) ，電子像瀑布一樣下降而形成類似台階的結構，在每一步的台階發射出一個(ge) 光粒子或光子。

在期刊《Nature Photonics》中曾經描述了一個(ge) 非常重要的革新，就是在激光倍增障礙的高度以阻止電子的泄露，這是一種用以在更高溫度實現增加的現象。我們(men) 理解，在電子泄露的障礙之上，導致係統出問題，如果不能采用低溫恒溫器進行冷卻的話，Hu說到，比較流行的觀點就是散射，同時伴隨著高的障礙是有損傷(shang) 的，因此高的障礙需要避免。

研究團隊發展了正確的參數用於(yu) 能帶結構，這一結構用於(yu) 高的障礙和新的設計。

研究團隊最大的貢獻在於(yu) ，量子裝置的模擬和製造上，使得在THz 光子的挑戰上所麵臨(lin) 的問題取得了非常重要的進展。

在一個(ge) 醫學設置中，新的可移動激光係統，包括一個(ge) 緊湊型的相機和探測器，可以在任何有插座的地方進行使用，可以實現常規皮膚的掃描的實時影像或在手術中進行皮膚癌的練習(xi) ，這些癌細胞在太赫茲(zi) 激光中表現得非常明顯，這是因為(wei) 他們(men) 含有高水和血的濃度比常規得細胞要高。

這一技術同時可以應用在許多工業(ye) 領域中，隻要是需要探測異物的場合均可以使用，且探測的產(chan) 品需要確保安全和質量的就可以。

探測氣體(ti) 、藥物和爆炸物等成為(wei) 使用太赫茲(zi) 激光中比較複雜的事情。例如，化合物，如氫氧化物，是一種臭氧破壞劑，在太赫茲(zi) 激光頻率下具有特定的光譜指紋信息，同時對於(yu) 藥物，包括海洛因以及爆炸物等，如TNT。

利用室溫熱釋電探測器和TH在相機進行TEC冷卻的THZ QCL的測量裝置

利用太赫茲(zi) 激光，我們(men) 不僅(jin) 可以觀察光學不透明材料 （黑體(ti) 材料），還可以識別物質。Hu說到。他同時還說：在不需要冷卻係統的前提下也可以產(chan) 生的太赫茲(zi) 激光，從(cong) 而可以清晰的觀察到目標。

太赫茲(zi) 激光位於(yu) 一個(ge) 小的正方形的冷卻裝置中，這一激光可以便攜的用於(yu) 醫療診斷和爆炸物的探測

注：太赫茲(zi) (Tera Hertz，THz)是波動頻率單位之一，又稱為(wei) 太赫，或太拉赫茲(zi) 。1THz=1x10^12Hz，通常用於(yu) 表示電磁波頻率。

來自：High-power portable terahertz laser systems, Nature Photonics (2020). DOI: 10.1038/s41566-020-00707-5 , www.nature.com/articles/s41566-020-00707-5

https://www.sciencemag.org/news/2020/11/new-lasers-fire-terahertz-beams-could-propel-medical-imaging-and-contraband-detection