太赫兹辐射(太赫兹)开辟了有趣的前景非侵入性成像无损检测质量控制,其他应用程序。但是没有短缺的想法潜在用途,它们的实现是受限于缺乏实用技术的产生和探测太赫兹辐射。洛伦佐黄宗泽,马丁Franckie和他的同事们从群杰罗姆Faist物理系报道的太赫兹量子级联激光器(QCL)在温度210 K (-63°C)。这是迄今取得的最高操作温度为这种类型的设备。更重要的是,这是第一次操作的设备已经证明了一个不需要低温冷却剂的温度制度。相反,他们使用了一个热电冷却器,删除路由到各种实际应用的主要障碍。
预审一直为太赫兹设备建立了作为一个自然的概念。像许多激光器被广泛用作visible-to-infrared频率区域的光源,预审是基于半导体材料。但使用典型的半导体激光器相比,例如,条形码阅读器或激光指针,预审操作根据一个根本不同的概念来实现光发射。简而言之,它们是建立在多次成堆的精确制造的半导体结构(见图,面板c),这样设计合适的电子转换发生在他们(面板d)。
预审提出了1971年,但他们第一次证明了只有在1994年,由Faist和他的同事,然后在美国贝尔实验室工作。董事会的方法证明了其价值的实验,基本和应用,主要集中在红外区。为太赫兹量子层叠激光器发射的发展已取得了实质性的进步,也从2001年开始。的广泛使用已经阻碍了尽管要求低温coolants-typically液态氦,增加了大量的复杂性和成本,并使设备大大减少移动。进展太赫兹量子层叠激光器运行在更高的温度下得到本质上停留七年前,当运行设备在200 K (-73°C)。
达到200 K是一个令人印象深刻的壮举。然而,温度略低于低温技术的标志可以替换为热电冷却。记录温度自2012年以来还没有搬也意味着某种“心理障碍”开始走了许多在这个领域开始接受,太赫兹预审会一直经营与低温冷却器。乙队已经分解,障碍。写在应用物理快报(doi: 10.1063/1.5110305),他们提出一个热电的太赫兹QCL冷却,操作温度高达210 K。此外,激光发射是足够强大,它可以测量室温探测器。这意味着整个安装工作没有低温冷却,进一步加强的方法实际应用的潜力。
黄宗泽,Franckie及其同事成功消除了由于两个相关的成就“冷却屏障”。首先,他们的设计中使用QCL栈最简单的单元结构,基于两个所谓的量子井每段(见图,面板d)。这种方法被认为是通往更高的操作温度,但同时这两口井的设计也极其敏感的半导体结构的几何形状的变化。优化性能相对于一个参数会导致降解相对于另一个。与系统实验优化不是一个可行的选择,他们必须依靠数值模拟。
这是第二个领域已取得了实质性的进展。在最近的工作中,他们建立了,他们可以准确地模拟复杂实验QCL设备,使用一个方法称为非平衡格林函数模型。计算必须进行一个强大的计算机集群,但他们足够有效,它们可以用来搜索系统的最优设计。集团能够准确地预测设备制造设备的属性根据精确specifications-gave他们工具实现了一系列的激光与热电的工作温度可以达到冷却(看到图,面板和b)和方法绝不是筋疲力尽。想法进一步推动操作温度存在Faist集团和初步结果看起来有前途。
的第一个演示太赫兹量子级联激光器的操作没有低温冷却是一个重要的一步填充“太赫兹缺口”,之间一直存在微波和红外辐射的成熟技术。没有移动部件或循环液体,热电的冷却的太赫兹量子层叠激光器现在引入的ETH物理学家可以更容易地应用和维护的范围之外专门laboratories-lifting进一步的盖子”太赫兹宝库”。
