新研究有望實(shí)現(xiàn)太赫茲激光器大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用

　　就像那些劣質(zhì)電影中和星際小說(shuō)中的英雄選擇武器時(shí)首先想到那樣，都是激光武器，這種裝置通過(guò)刺激原子或者分子激發(fā)出光子而產(chǎn)生相干電磁輻射束，但是這種技術(shù)改進(jìn)的速度已經(jīng)有點(diǎn)落伍了。

　　如今，激光已經(jīng)在工業(yè)上有了很頻繁的應(yīng)用，而且在家庭辦公室里的文件文件打印方面以及在家庭影院播放電影等應(yīng)用上都有所涉及。不僅如此，它還出現(xiàn)在醫(yī)學(xué)期刊和軍事新聞中，但其余時(shí)間它基本上是僅僅被應(yīng)用在被降低到讀取條形碼應(yīng)用上，這真是大材小用了。

　　但激光仍然是很有意思的，利哈伊大學(xué)的Sushil Kumar堅(jiān)持說(shuō)，且將會(huì)有大片的潛在的創(chuàng)新，我們剛剛開(kāi)始幾個(gè)方面。在美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)的支持下，他正有一個(gè)其應(yīng)用探索的計(jì)劃。

　　Kumar他是一名電子與計(jì)算機(jī)工程的副教授，特別關(guān)注電磁頻譜中那些激光器相對(duì)未開(kāi)發(fā)的頻譜區(qū)域，即太赫茲(THz)，或遠(yuǎn)紅外線的頻率。他是太赫茲半導(dǎo)體量子級(jí)聯(lián)激光器技術(shù)前沿的一名研究員，他和他的同事們已經(jīng)發(fā)布了高溫環(huán)境下以及其他重要的性能特性，其激光器的結(jié)果也成為了新的世界紀(jì)錄。

　　他的研究目標(biāo)是開(kāi)發(fā)設(shè)備，進(jìn)而開(kāi)辟多種可能的應(yīng)用如：生物、化學(xué)傳感、光譜、炸藥，以及對(duì)違禁材料、檢測(cè)疾病的診斷，藥物的質(zhì)量控制，甚至在遙感天文學(xué)方面以了解恒星和星系的形成，這里只是僅僅舉了幾個(gè)例子。(這些都是相當(dāng)酷的東西，會(huì)給人留下深刻的印象。)

　　然而，除了已知的優(yōu)點(diǎn)，Kumar說(shuō)，太赫茲激光器已得到充分利用和發(fā)掘;但高成本和功能的局限性阻礙了創(chuàng)新在多種領(lǐng)域的應(yīng)用。然而Kumar認(rèn)為，他有望真正釋放太赫茲激光技術(shù)的應(yīng)用潛力;他最近收到一批從美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的資助，目標(biāo)是研究高功率太赫茲激光器的相位鎖定超窄光束陣列，創(chuàng)造太赫茲激光器相比目前的設(shè)備能產(chǎn)生更大的光強(qiáng)度，并為大規(guī)模的研究商業(yè)應(yīng)用掃除障礙。

　　專注于解決方案

　　根據(jù)Kumar的描述，電磁波譜的太赫茲區(qū)域由于缺乏高功率的輻射源目前還沒(méi)怎么被研究。現(xiàn)有的輻射源具有低輸出功率且有一些其他不良的光譜特性，這使得它們?cè)趹?yīng)用中嚴(yán)重不合適。他目前的項(xiàng)目旨在開(kāi)發(fā)具有高達(dá)100毫瓦平均光功率的太赫茲半導(dǎo)體激光器，這將比現(xiàn)有的技術(shù)高過(guò)兩個(gè)數(shù)量級(jí)，且有顯著小于五度發(fā)散角的窄波束特性。

　　Kumar研究的量子級(jí)聯(lián)激光器(QCL)，這些設(shè)備最初發(fā)明是用于中紅外輻射的發(fā)射。他們只是最近才開(kāi)始在太赫茲頻率上做一個(gè)嘗試，在這個(gè)范圍內(nèi)，他們遇到了一些額外的挑戰(zhàn)。在這個(gè)尖端的環(huán)境中，Kumar的小組是在世界上的少數(shù)的幾個(gè)在這些可行的低成本激光器領(lǐng)域取得進(jìn)展的研究小組。

　　Kumar研究量子級(jí)聯(lián)激光器的方法將大大提高輸出功率和光束質(zhì)量。便攜式電動(dòng)制冷機(jī)將提供所需的半導(dǎo)體激光器芯片的冷卻溫度;這些將包含鎖相量子級(jí)聯(lián)激光器發(fā)射陣列，一系列離散太赫茲應(yīng)用所需要的頻率。

　　在以往的工作中，Kumar和他的研究小組表明，太赫茲激光器(發(fā)射波長(zhǎng)約為100微米)可以利用一種稱為分布反饋發(fā)出的光聚焦光束。其激光的光能量被限制在一個(gè)空腔，夾在兩個(gè)金屬板之間，其距離為10微米的距離。采用100微米乘以1400微米乘以10微米大小的箱型腔，研究團(tuán)隊(duì)生產(chǎn)的一個(gè)具有4度乘以4度的光束發(fā)散角的太赫茲激光，這種窄發(fā)散角的太赫茲激光器目前還沒(méi)實(shí)現(xiàn)。

　　Kumar認(rèn)為，目前大多數(shù)采用中紅外激光器的企業(yè)會(huì)對(duì)這種強(qiáng)大的且能夠負(fù)擔(dān)起的太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器感興趣，而這種技術(shù)本身會(huì)產(chǎn)生新的解決方案。

　　“在開(kāi)發(fā)人員可以寫(xiě)出“重量級(jí)APP”使它成為一個(gè)家庭產(chǎn)品之前，我們首先需要一個(gè)iPhone，”他說(shuō)。“同樣的，我們正在努力的這一項(xiàng)技術(shù)，可以讓未來(lái)的研究人員以前所未有的方式改變世界。”