ハイパワー、ポータブルテラヘルツレーザー
研究者たちは、実験室の外でテラヘルツ放射を生成できる量子カスケードレーザーと呼ばれるデバイスの高出力でポータブルなバージョンを開発しました。レーザーは、皮膚がんの特定や隠れた爆発物の検出などのアプリケーションで使用できる可能性があります。
これまで、リアルタイムのイメージングと高速スペクトル測定を実行するのに十分強力なテラヘルツ放射の生成には、200ケルビン（-100°F）以下の温度が必要でした。これらの温度は、テクノロジーの使用を実験室の設定に制限するかさばる機器でのみ達成できました。テラヘルツ量子カスケードレーザーは、最大250 K（-10°F）の温度で機能できます。つまり、コンパクトなポータブルクーラーのみが必要です。
長さがわずか数ミリメートルで、人間の髪の毛よりも細いレーザーは、細心の注意を払ってカスタム設計された井戸と障壁を備えた量子井戸構造です。構造内で、電子は一種の階段を「カスケード」し、各ステップで光粒子または光子を放出します。
重要な革新の1つは、電子の漏れを防ぐためにレーザー内のバリアの高さを2倍にすることでした。これは、高温で増加する傾向のある現象です。以前は、より高いバリアが散発的に調査されていましたが、結果は劣っていました。研究者たちは、背の高い障壁のバンド構造の正しいパラメータと、設計のための概念的に新しい最適化スキームを開発しました。
この革新は、各モジュールのより低いレーザーレベル、または構造の階段のステップが、フォノン（または振動エネルギーの単位）の散乱によって電子の過疎化が急速に行われる構成を通じてレーザーを動作させ続ける直接フォノンスキームとペアになりました。基底状態は、次のステップの上位レベルへの電子の注入器として機能し、プロセスが繰り返されます。システム内の電子のこのような配置は、レイジングが発生するために不可欠です。
量子井戸と障壁の間には15,000近くの界面があり、その半分は7原子層の厚さすらありません。これらのインターフェースの品質と再現性は、テラヘルツレーザーの性能にとって非常に重要です。
医療現場では、コンパクトなカメラと検出器を備え、コンセントがあればどこでも操作できる新しいポータブルシステムにより、定期的な皮膚がんのスクリーニング中、または皮膚がん組織を切除する外科手術中にもリアルタイムのイメージングを提供できます。がん細胞は、正常細胞よりも水分と血中濃度が高いため、テラヘルツ波で劇的に現れます。
この技術は、製品の安全性と品質を保証するために製品内の異物の検出が必要な多くの産業にも適用できます。ガス、薬物、爆発物の検出は、テラヘルツ放射を使用することで特に高度になる可能性があります。オゾン破壊剤である水酸化物などの化合物は、メタンフェタミンやヘロインなどの薬物やTNTなどの爆発物と同様に、テラヘルツ周波数範囲内に特別なスペクトル「指紋」を持っています。
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