Science報道稱，研究人員正在研發可在室溫下工作的太赫茲探測器，將這種探測器與THz QCL配合使用可能導致像太赫茲成像儀這樣的技術能夠在沒有活檢的情況下區分皮膚癌和正常組織，或者監視航空公司乘客和貨物中隱藏的爆炸物、非法藥物，甚至是假藥。太赫茲（Terahertz，THz）是頻率單位之一，一般指頻率在0.1~10 THz(波長為30μm—3mm)范圍內的電磁波。太赫茲的頻率在長波段與毫米波相重合，在短波段與紅外光相重合，屬于宏觀經典理論向微觀量子理論的過渡區太赫茲波的波段能夠覆蓋大多數極性分子和生物大分子的振動和轉動能級，利用這一性質太赫茲波能夠識別許多生物化學物質的特征指紋譜，這使得它在材料科學、生物醫學等領域具發揮重要作用。同時太赫茲頻率很高，波長很短，具有很強的穿透能力，基于太赫茲特征譜所開發出的太赫茲成像系統能夠高效又安全地對很多物體進行掃描。雖然人們對太赫茲成像系統有著廣泛的興趣，但由于缺乏便攜式高功率的太赫茲激發光源（目前的太赫茲激光器只能在超低溫下工作），極大程度上限制了太赫茲成像系統的發展。例如，許多爆炸物(例如C-4、HMX、RDX和TNT)和非法毒品(例如甲基苯丙胺和海洛因)具有太赫茲范圍的特征，但必須在實驗室之外的公共環境中進行檢測。太赫茲量子級聯激光器最早由意大利和英國研究人員發明于2002年。但是，其工作環境溫度在-73℃以下。到2019年，由蘇黎世物理學家Jér?me Faist領導的研究人員推出了一種太赫茲QCL激光器，它由數百層砷化鎵和鋁砷化鎵（AlGaAs）交替層組成，工作溫度為210K（零下63攝氏度）。雖然這些QCL激光器自身體積足夠小，但是在實際使用上，其所需的配套的低溫冷卻設備卻十分龐大且昂貴，這使得THz QCL只能在實驗室所建造的低溫環境中應用。為了解決以上問題，美國麻省理工學院胡青教授團隊在Nature Photonics上發表了題為“High-power portable terahertz laser systems”的研究論文。該論文指出，他們開發出一個高功率的便攜式太赫茲量子級聯激光器（THz QCL），它可以在實驗室之外產生太赫茲輻射。THz QCL只有幾毫米長，具有精心設計的量子阱結構。在這個結構中，電子沿著一種階梯“級聯”，每一步都發射出一個輕粒子或光子。最值得一提的是，激光可以在250 K(零下23°C)的溫度下工作，這意味著只需要一個小型的便攜式冷卻器就能夠在室溫下使用太赫茲成像系統進行實時成像，以及使用室溫檢測器進行快速特征光譜檢測。基于2019年Jér?me Faist報道的QCL激光器，胡青團隊的這項工作在理論和實驗上作出重要改進。對于Jér?me Faist所報道的QCL激光器而言，在較高的溫度下，存在著致命的電子泄露問題，即電子不是一步一步地通過結構，而是直接躍過層間的勢壘，導致了激光器的失效。為了解決這個問題，胡青等通過更精確地調整激光器的分層結構(難度極大，有些層只有7個原子厚)將激光器內的屏障高度增加了一倍，解決了高溫下電子泄露的問題。為了實現上述目的，在AlGaAs勢壘中添加了更多的鋁，防止了電子相互作用導致的電子泄漏，更好地限制了電子。帶有量子阱結構屏障的THz QCL的概率密度函數計算“這是一個偉大的成就，”意大利國家研究委員會納米科學研究所的凝聚態物理學家Miriam Vitiello評價道，“提高太赫茲激光的溫度一直是業界的長期目標。” 可以預測，THz QCL的出現會將成像檢測技術的應用提升到一個前所未有的高度，從醫療成像到機場的爆炸物檢測，將出現大量的應用。https://science.sciencemag.org/content/370/6517/647https://www.nature.com/articles/s41566-020-00707-5
