本报讯紧凑型芯片激光器已经征服了从紫外到红外的大部分电磁频谱，使得从数字通信、条形码阅读器，到激光指示器和打印机的科学技能成为可能。但是，频谱中仍有一个关键区域未被“驯服”，那便是位于红外和微波之间的太赫兹波段。
工程师渴望找到一种现成的能穿透不透明物体并探测其内部化学指纹的太赫兹辐射源。但是现有的紧凑型太赫兹激光器只能在超低温下事情，限定了其在实验室环境中的运用。
如今，一项新研究让太赫兹激光器不再受制于温度。
近日，研究职员在《自然—光子学》上报告称，他们在一个芯片上制造出了米粒大小的太赫兹激光器，其事情温度为250K，约为-23℃，其配套的插入式冷却器也只有饼干大小。
“这是一项伟大的造诣。”意大利国家研究委员会纳米科学研究所凝聚态物理学家Miriam Vitiello说，提高太赫兹激光器的事情温度一贯是业界的长期目标，这项新发明让从医学成像到机场爆炸物探测的诸多运用成为可能。
当电子落入半导体合金中的电子空位后，标准芯片激光器会产生光子。个中，电子空位的组成决定了半导体合金的颜色，例如，氮化镓发射蓝光，而砷化镓发射红光。然而，没有半导体合金发射太赫兹范围内的光子。
1994年，美国贝尔实验室的研究职员发明了一种新的激光器，其半导体构造，而不仅仅是化学性子决定了波长。这种激光器被称为量子级联激光器（QCL），它包含数百层精确厚度的半导体。注入到其构造中的电子级联低落数百个能量级，每级开释一个光子。
在最初的QCL中，这些光子仍处于红外范围，但是2002年，意大利和英国的研究职员更进一步，其制造的QCL发射的光子处于太赫兹范围。但是上述设备事情温度为50 K（-223.15℃）。
去年，由瑞士苏黎世联邦理工学院物理学家Jrome Faist领导的研究团队推出了一种太赫兹QCL，它由数百层砷化镓和铝砷化镓交替组成，事情温度为210K（-63.15℃）。然而，其仍需配备体积弘大且价格昂贵的低温冷却器。
在较高温度下，电子会一次跃过多层间的势垒，而不是一步一层地穿过构造。麻省理工学院的研究团队已经证明，通过更精确地调度其层状构造（某些层只有7个原子厚），可以使电子在足够高温度下事情，这一温度足以用标准的紧凑型热电制冷器实现。更主要的是，该策略可能使团队终极制造出室温太赫兹激光器。
室温太赫兹辐射源可以与Vitiello和其他研究职员正在开拓的这种在室温下事情的太赫兹探测器配对，这种联合可使诸如太赫兹成像仪这样的设备，在不进行活检的情形下区分皮肤癌和正常组织，也可以不雅观察航空搭客和货色中隐蔽的爆炸物、造孽药物，乃至假药。“我们期待这一天已经良久了。”Faist说。（徐锐）
来源： 《中国科学报》
