太赫茲量子級聯(lián)激光器功率達(dá)到1瓦特

圖為維也納技術(shù)大學(xué)研制的新型量子級聯(lián)激光器。

科技日報(bào)訊 （記者王小龍）據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)10月31日（北京時(shí)間）報(bào)道，奧地利維也納技術(shù)大學(xué)的一組研究人員制造出一種新型量子級聯(lián)激光器，成功輸出了1瓦特的太赫茲輻射，打破了此前由美國麻省理工學(xué)院所保持的0.25瓦特的世界紀(jì)錄，成為目前世界上功率最大的太赫茲量子級聯(lián)激光器。

太赫茲射線，是波長介于微波與紅外之間的一種電磁輻射，由于物質(zhì)的太赫茲光譜（包括透射譜和反射譜）包含著非常豐富的物理和化學(xué)信息，太赫茲技術(shù)被認(rèn)為會對通信、遙感、天文、反恐、醫(yī)學(xué)成像以及生化檢測等領(lǐng)域帶來極為深遠(yuǎn)的影響。美國稱其為“改變未來世界的十大技術(shù)”之一，日本將其列入“國家支柱十大重點(diǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)”。但一直以來，高強(qiáng)度的太赫茲輻射源卻很難制造。

打破世界紀(jì)錄的這種新型量子級聯(lián)激光器只有幾毫米厚，半張郵票大。它具有一個在納米尺度上量身定做的半導(dǎo)體層，通過使用一種特殊的融合技術(shù)，將兩個具有對稱結(jié)構(gòu)的激光器結(jié)合在一起，能使整個系統(tǒng)產(chǎn)生比單個激光器強(qiáng)4倍的激光。由于每層量子級聯(lián)激光器中的電子只響應(yīng)特定的、非連續(xù)性的能級，當(dāng)對其施加恰當(dāng)?shù)碾娏骱?，電子就會一層接著一層地進(jìn)行連續(xù)跳躍，而在通過每一層的時(shí)候都會以發(fā)光的形式釋放能量。通過這種方式就能產(chǎn)生波長為亞毫米級（介于微波和紅外之間）的太赫茲射線。

負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的維也納技術(shù)大學(xué)光電研究所教授卡爾·安特倫納爾解釋說，要用太赫茲射線測量較遠(yuǎn)的物體或用于醫(yī)學(xué)成像都需要很大的功率，對于標(biāo)準(zhǔn)的量子級聯(lián)激光器而言，這肯定是不行的。一種可能的方法就是使用更多的半導(dǎo)體層，層數(shù)的增多意味著有更多的電子通過發(fā)光的形式釋放能量。他的研究小組正是根據(jù)這一設(shè)想，運(yùn)用一種被稱為“粘接處理”的技術(shù)，成功地將兩個獨(dú)立的量子級聯(lián)激光器結(jié)合在了一起。通過采用嚴(yán)格的對稱結(jié)構(gòu)和對系統(tǒng)光學(xué)性能進(jìn)行有效優(yōu)化等手段，他們終于讓粘合在一起的兩個激光器產(chǎn)生了4個激光器的能量。

對太赫茲量子級聯(lián)技術(shù)而言，這不單單是打破了一項(xiàng)世界紀(jì)錄，突破1瓦特，對太赫茲技術(shù)的應(yīng)用而言將是一個重要的里程碑。

與X射線、毫米波、紅外光相比，太赫茲射線同樣可以成像，且穿透力強(qiáng)、清晰度高、輻射量小。而它的另一大專長就是辨別物體的化學(xué)性質(zhì)，它甚至能分辨出被檢查物是爆炸物還是藥品。更值得稱道的是，相應(yīng)設(shè)備的體積將大大縮小，使用起來會更加便捷，甚至可以拿在手中做各種檢測。如此一來，從事放射行業(yè)的醫(yī)生一個月的放射假，可能會因此縮短或取消，不知道他們是該高興還是失望呢。（中國科技網(wǎng)）

編輯：杜苗

新聞來源：http://tech.ifeng.com/discovery/detail_2013_11/01/30862701_0.shtml