太赫茲射線可能有一系列令人眩暈的應用，從高速無線網絡到檢測癌癥。研究人員表示，他們可能最終發明了一種便攜式、高功率的太赫茲激光器。太赫茲波（也稱為亞毫米波或遠紅外光）介于光波和微波之間。從0.1到10太赫茲的頻率范圍內，太赫茲射線可以在成像中找到許多應用，例如醫學成像、天文觀測、環境監測、材料分析等軍事和民用領域都具有廣闊的應用前景。它們也可能是未來高速無線網絡的關鍵，后者將以每秒萬億兆比特的速度傳輸數據。

然而，由于缺乏強大而緊湊的太赫茲光源，太赫茲射線在很大程度上僅限于實驗室環境。傳統的半導體器件可以產生頻率在1太赫茲以下或10太赫茲以上的太赫茲波。麻省理工學院（MIT）電氣工程師Qing Hu表示，中間頻率范圍（稱為太赫茲間隙）可能對成像、炸彈檢測、癌癥檢測和化學分析應用特別有價值。

先前的研究表明，所謂的量子級聯激光器可能會彌合這一鴻溝。這些器件的核心是由具有不同導電率的半導體材料交替層組成的晶圓。當帶電時，電子仍被限制在兩個更具導電性的層之間。最終這些電子以“量子級聯”的方式發射光。

然而，設計用于在太赫茲間隙內發射光的量子級聯激光器長期以來需要低于-63攝氏度的溫度。問題在于，在更高的溫度下，受限電子會通過更具抗電性的層泄漏。

現在，麻省理工學院和加拿大滑鐵盧大學的科學家們發明了一種高功率量子級聯激光器，它能發射大約4太赫茲的光，最高工作溫度為-23攝氏度。這表明它可以使用緊湊的熱電冷卻器而不是笨重的低溫技術來工作，從而實現便攜式應用。

砷化鎵片夾在更具導電性的砷化鎵片之間。科學家們將砷化鎵鋁層中鋁的濃度增加了一倍，以更好地限制砷化鎵片中的電子。他們還仔細調整了這些層的厚度，以確保這些電子以量子級聯的形式發射光。

Hu表示，他們可以調整激光器的頻率，使其發射頻率在2到7太赫茲之間。他說，在7到10太赫茲之間，可能需要一種基于不同材料（如氮化鎵）的量子級聯激光器。

至于激光是否能在更高溫度下在太赫茲間隙內工作，“我幾乎可以毫不含糊地說，在室溫或更高溫度下，太赫茲操作是可以實現的，”Hu說，這意味著我們甚至可以擁有手持式太赫茲激光器。”

科學家們在11月2日的Nature Photonics雜志上詳細介紹了他們的發現。

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