Laser Terahertz Portabel Berdaya Tinggi

Para peneliti telah mengembangkan versi perangkat portabel berdaya tinggi yang disebut laser kaskade kuantum yang dapat menghasilkan radiasi terahertz di luar pengaturan laboratorium. Laser berpotensi digunakan dalam aplikasi seperti menentukan kanker kulit dan mendeteksi bahan peledak tersembunyi.

Hingga saat ini, pembangkitan radiasi terahertz yang cukup kuat untuk melakukan pencitraan waktu nyata dan pengukuran spektral cepat membutuhkan suhu jauh di bawah 200 kelvin (-100 °F) atau lebih rendah. Suhu ini hanya dapat dicapai dengan peralatan besar yang membatasi penggunaan teknologi untuk pengaturan laboratorium. Laser kaskade kuantum terahertz dapat berfungsi pada suhu hingga 250 K (-10 °F), artinya hanya pendingin portabel yang ringkas yang diperlukan.

Laser, yang panjangnya hanya beberapa milimeter dan lebih tipis dari rambut manusia, adalah struktur sumur kuantum dengan sumur dan penghalang yang dirancang khusus dengan cermat. Di dalam struktur, elektron 'mengalir' menuruni semacam tangga, memancarkan partikel cahaya, atau foton, pada setiap langkah.

Salah satu inovasi penting adalah penggandaan ketinggian penghalang di dalam laser untuk mencegah kebocoran elektron, sebuah fenomena yang cenderung meningkat pada suhu tinggi. Sebelumnya, hambatan yang lebih tinggi dieksplorasi secara sporadis tetapi menghasilkan hasil yang lebih rendah. Para peneliti mengembangkan parameter yang benar untuk struktur pita untuk penghalang tinggi dan skema pengoptimalan baru secara konseptual untuk desain.

Inovasi ini dipasangkan dengan skema fonon langsung yang membuat laser tetap beroperasi melalui konfigurasi di mana tingkat penguat yang lebih rendah dari setiap modul, atau anak tangga struktur, dengan cepat mengurangi jumlah elektron melalui fonon (atau satuan energi getaran) yang tersebar ke keadaan dasar, yang kemudian berfungsi sebagai injektor elektron ke tingkat atas langkah berikutnya dan proses berulang. Susunan elektron seperti itu dalam sistem sangat penting untuk terjadinya penguat.

Ada hampir 15.000 antarmuka antara sumur kuantum dan penghalang, setengahnya bahkan tidak setebal tujuh lapisan atom. Kualitas dan reproduktifitas antarmuka ini sangat penting untuk kinerja laser terahertz.

Dalam pengaturan medis, sistem portabel baru - yang mencakup kamera kompak dan detektor dan dapat beroperasi di mana saja dengan outlet listrik - dapat memberikan pencitraan real-time selama pemutaran kanker kulit biasa atau bahkan selama prosedur bedah untuk memotong jaringan kanker kulit. Sel-sel kanker muncul secara dramatis dalam terahertz karena mereka memiliki konsentrasi air dan darah yang lebih tinggi daripada sel-sel normal.

Teknologi ini juga dapat diterapkan di banyak industri di mana pendeteksian benda asing di dalam suatu produk diperlukan untuk memastikan keamanan dan kualitasnya. Deteksi gas, obat-obatan, dan bahan peledak bisa menjadi sangat canggih dengan penggunaan radiasi terahertz. Senyawa seperti hidroksida, zat perusak ozon, memiliki "sidik jari" spektral khusus dalam rentang frekuensi terahertz, seperti halnya obat-obatan termasuk metamfetamin dan heroin, dan bahan peledak termasuk TNT.