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太赫兹辐射可用在成像与化学检测领域

编辑:博阳新科技 发表时间:2017-8-9

太赫兹辐射微波和可见光之间的电磁波谱带,在医学和工业成像以及化学检测等方面具有广阔的应用前景。但许多应用依赖于太赫兹射线的小功率高效能源,而生产它们的标准方法涉及庞大的,耗电量大的桌面设备。

20多年来,麻省理工学院电气工程与计算机科学杰出教授清胡一直在研究可以蚀刻到微芯片上的太赫兹辐射源。在最新一期的自然光子学杂志上,胡锦涛在桑迪亚国家实验室和多伦多大学的同事们的成员介绍了一种新颖的设计,将芯片安装的太赫兹激光器的功率输出提高了80%。作为最佳表现的芯片安装的太赫兹源,报告,研究人员的设备已经被美国航空航天局选中,为其银河/光谱太赫兹观测站任务提供太赫兹发射。

该任务旨在确定星际介质的组成或填充星星之间的空间,并且它使用太赫兹射线,因为它们独特地非常适合于对氧气浓度进行光谱测量。因为任务将把载有仪器的气球部署到地球上层大气层,所以太赫兹发射器需要轻量化。研究人员的设计是称为具有分布式反馈的量子级联激光器的设备的新变化。电子工程与计算机科学研究生的和本文的第一作者我们开始是因为它是最好的。它具有太赫兹的最佳性能。然而,到目前为止,该装置已经具有主要的缺点,即它自然地沿两个相反的方向发射辐射。

由于太赫兹辐射的大多数应用需要定向光,这意味着该装置会浪费其能量输出的一半。和他的同事发现了一种方法来重定向通常离开激光背后的80%的光,使其沿所需的方向行进。正如所解释的那样,研究人员的设计并不与任何特定的增益介质或激光体内的材料组合有关。如果我们提出一个更好的增益媒体,我们也可以增加产量,。我们增加了电力,而不设计一种新的活性介质,这是非常困难的,即使是10%的增加,也需要在设计的各个方面进行大量的工作。大浪事实上,双向发射或相反方向的光的发射是许多激光设计的共同特征。

然而,对于常规激光器,通过将镜子放在激光器的一端上可以很容易地进行补救。但太赫兹辐射的波长太长了,研究人员称之为光子线激光器的新型激光器非常小,因此传播激光器长度的大部分电磁波实际上位于激光器的外部。激光一端的镜子将反射出波浪总能量的一小部分。和他的同事们解决了这个问题,利用了微小激光设计的特点。甲量子级联激光器是由被称为波导长矩形脊。

在波导中,材料被布置成使得电场的施加沿着波导的长度感应电磁波。然而,这波是所谓的驻波。如果电磁波可以被认为是正常的上下波动,那么波浪在波导中来回反射,使得反射的波峰和波谷与在波导中移动的波的波峰和波谷完全一致相反的方向。驻波基本上是惰性的,不会从波导中辐射出来。

所以胡氏的团队将规则间隔开的狭缝切割成波导,这允许太赫兹射线辐射出来。想象一下,你有一根管子,你打一个洞,水就出来了。狭缝间隔开,使得它们发射的波相互增强它们的波峰仅沿着波导的轴线重合。在与波导更倾斜的角度,它们彼此抵消。打破对称在新的工作中,及其合作者胡安,的和多伦多大学材料科学教授简单地将反射镜放在波导中的每个孔中,这是一个无缝的一步并入产生波导本身的制造过程中。

反射器比波导宽,并且它们间隔开,使得它们反射的辐射将在一个方向上加强太赫兹波,而在另一个方向上抵消它。位于波导外部的一些太赫兹波仍然使其位于反射器的周围,但是已经以错误的方向退出波导的能量的80%现在被重新定向。

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