Laser Terahertz Portabel: Perangkat Quantum Cascade Tinggi Daya untuk Citra Medis & Keamanan
Peneliti telah mengembangkan versi portabel dan daya tinggi dari perangkat yang disebut laser kuantum cascade yang dapat menghasilkan radiasi terahertz di luar lingkungan laboratorium. Laser ini dapat potensialmente digunakan dalam aplikasi seperti menentukan kanker kulit dan mendeteksi peledak tersembunyi.
Sampai saat ini, generasi radiasi terahertz yang cukup kuat untuk melakukan citra real-time dan pengukuran spektral cepat memerlukan suhu jauh di bawah 200 kelvin (-100 °F) atau lebih rendah. Suhu ini hanya dapat dicapai dengan peralatan besar yang membatasi penggunaan teknologi pada lingkungan laboratorium. Laser kuantum cascade terahertz dapat berfungsi pada suhu hingga 250 K (-10 °F), yang berarti hanya pendingin portabel kompak yang diperlukan.
Laser ini, yang berukuran hanya beberapa milimeter panjang dan lebih tipis dari rambut manusia, adalah struktur kuat sumur dengan dinding dan penghalang yang dirancang secara khusus dengan teliti. Dalam struktur, elektron "cascade" turun seperti tangga, mempartikel cahaya, atau foton, pada setiap langkah.
Inovasi penting adalah penggandaan tinggi penghalang dalam laser untuk mencegah kebocoran elektron, fenomena yang cenderung meningkat pada suhu tinggi. Sebelumnya, penghalang yang lebih tinggi telah dieksplorasi secara spasadis tetapi menghasilkan hasil yang inferior. Peneliti mengembangkan parameter yang benar untuk struktur band untuk penghalang tinggi dan skema optimisasi yang secara konsep baru untuk desain.
Inovasi ini dipadukan dengan skema fonon langsung yang menjaga laser tetap beroperasi melalui konfigurasi di mana level lasing bawah dari setiap modul, atau langkah tangga struktur, dengan cepat dihabiskan elektron melalui pemburan fonon (atau satuan energi getaran) ke keadaan dasar, yang kemudian berfungsi sebagai injektor elektron ke level atas langkah berikutnya dan proses berulang. Susunan elektron dalam sistem ini yang demikian sangat penting agar lasing dapat terjadi.
Ada hampir 15.000 antarmuka antara sumur kuantum dan penghalang, setengahnya bahkan tidak tebal tujuh lapis atom. Kualitas dan reproduktibilitas antarmuka ini sangat penting untuk performa laser terahertz.
Dalam lingkungan medis, sistem portabel baru — yang mencakup kamera dan detektor kompak dan dapat dioperasikan di mana saja dengan kontak listrik — dapat memberikan citra real-time selama skrining kanker kulit rutin atau bahkan selama prosedur bedah untuk mencabut jaringan kanker kulit. Sel kanker muncul secara dramatis dalam terahertz karena mereka memiliki konsentrasi air dan darah yang lebih tinggi daripada sel normal.
Teknologi ini juga dapat diterapkan di banyak industri di mana deteksi objek asing dalam produk diperlukan untuk menjamin keamanan dan kualitasnya. Deteksi gas, obat, dan peledak dapat menjadi sangat canggih dengan penggunaan radiasi terahertz. Senyawa seperti hidroksida, agen penghancur ozon, memiliki sidik jari spektral khusus dalam rentang frekuensi terahertz, seperti halnya obat termasuk metampetamin dan heroin, dan peledak termasuk TNT.
