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量子激光技术打造超级指纹识别芯片

麻省理工学院专业量产各类黑科技……

美国麻省理工学院(MIT)电子研究实验室(Research Laboratory of Electronics)的研究人员展示一款新的terahertz (Thz)光谱系统,可利用量子级联雷射(QCL)技术在仅100微秒(μs)的时间内撷取某种材料的光谱特微。MSMesmc

传统的THz光谱需要相当于大型行李箱尺寸的强大辐射来源,而且必须以不同的手动调整频率进行多种测量。相形之下,这款以芯片为基础的系统可在几毫秒(ms)的时间内执行全自动化吸收频谱与化学鉴定。MSMesmc

这项主题为“利用雷射频率光梳实现Terahertz多外差光谱”(Terahertz multiheterodyne spectroscopy using laser frequency combs)的研究发表在最近一期的《Optica》期刊,该论文的主要作者——MIT电子工程与计算机科学系研究生Yang Yang解释,基于OCL的频率光梳能以数学方式在几次测量后重新建构材料的吸收指纹图谱,无需进行任何机械调整,就能透过电子整合实现快速自动化。MSMesmc

这项研究的主要突破在于可使QCL光梳的间距更为平均,使其得以在“增益介质”(gain medium)长度决定的多个频率范围内发射辐射光源。MSMesmc

为了使雷射频率区段更均匀,MIT的研究人员们使用一种形状奇特的增益介质,每一侧都具有规则且对称的凹槽,能够改变介质的折射率以及恢复发射频率的分布一致性。他们开发出一种能够产生单一、不间断频率光梳的新式增益介质,由几百个交错的砷化镓(GaAs)和砷化铝镓(AlGaAs)分层组成,各具有不同但精确的校准厚度。MSMesmc

这种新的QCL建置还有另一项有趣的特性——仅用非常短的THz辐射脉冲,即可从目标撷取可靠的光谱特征。由于大约仅需要1%的时间,雷射并不需要像其他THz光源一样得进行大量冷却,因而可实现更紧密的解决方案。MSMesmc

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Julien Happich
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