利哈伊大學(xué)的Sushil Kumar是一名電子與計算機工程的副教授，特別關(guān)注電磁頻譜中那些激光器相對未開發(fā)的頻譜區(qū)域，即太赫茲（THz），或遠(yuǎn)紅外線的頻率。他是太赫茲半導(dǎo)體量子級聯(lián)激光器技術(shù)前沿的一名研究員，他和他的同事們已經(jīng)發(fā)布了高溫環(huán)境下以及其他重要的性能特性，其激光器的結(jié)果也成為了新的世界紀(jì)錄。
他的研究目標(biāo)是開發(fā)設(shè)備，進而開辟多種可能的應(yīng)用如：生物、化學(xué)傳感、光譜、炸藥，以及對違禁材料、檢測疾病的診斷，藥物的質(zhì)量控制，甚至在遙感天文學(xué)方面以了解恒星和星系的形成，這里只是僅僅舉了幾個例子。然而，除了已知的優(yōu)點，Kumar說，太赫茲激光器已得到充分利用和發(fā)掘；但高成本和功能的局限性阻礙了創(chuàng)新在多種領(lǐng)域的應(yīng)用。然而Kumar認(rèn)為，他有望真正釋放太赫茲激光技術(shù)的應(yīng)用潛力；他最近收到一批從美國國家科學(xué)基金會的資助，目標(biāo)是研究高功率太赫茲激光器的相位鎖定超窄光束陣列，創(chuàng)造太赫茲激光器相比目前的設(shè)備能產(chǎn)生更大的光強度，并為大規(guī)模的研究商業(yè)應(yīng)用掃除障礙。
根據(jù)Kumar的描述，電磁波譜的太赫茲區(qū)域由于缺乏高功率的輻射源目前還沒怎么被研究。現(xiàn)有的輻射源具有低輸出功率且有一些其他不良的光譜特性，這使得它們在應(yīng)用中嚴(yán)重不合適。他目前的項目旨在開發(fā)具有高達(dá)100毫瓦平均光功率的太赫茲半導(dǎo)體激光器，這將比現(xiàn)有的技術(shù)高過兩個數(shù)量級，且有顯著小于五度發(fā)散角的窄波束特性。
Kumar研究的量子級聯(lián)激光器（QCL），這些設(shè)備最初發(fā)明是用于中紅外輻射的發(fā)射。他們只是最近才開始在太赫茲頻率上做一個嘗試，在這個范圍內(nèi)，他們遇到了一些額外的挑戰(zhàn)。在這個尖端的環(huán)境中，Kumar的小組是在世界上的少數(shù)的幾個在這些可行的低成本激光器領(lǐng)域取得進展的研究小組。
Kumar研究量子級聯(lián)激光器的方法將大大提高輸出功率和光束質(zhì)量。便攜式電動制冷機將提供所需的半導(dǎo)體激光器芯片的冷卻溫度；這些將包含鎖相量子級聯(lián)激光器發(fā)射陣列，一系列離散太赫茲應(yīng)用所需要的頻率。
在以往的工作中，Kumar和他的研究小組表明，太赫茲激光器（發(fā)射波長約為100微米）可以利用一種稱為分布反饋發(fā)出的光聚焦光束。其激光的光能量被限制在一個空腔，夾在兩個金屬板之間，其距離為10微米的距離。采用100微米乘以1400微米乘以10微米大小的箱型腔，研究團隊生產(chǎn)的一個具有4度乘以4度的光束發(fā)散角的太赫茲激光，這種窄發(fā)散角的太赫茲激光器目前還沒實現(xiàn)。
Kumar認(rèn)為，目前大多數(shù)采用中紅外激光器的企業(yè)會對這種強大的且能夠負(fù)擔(dān)起的太赫茲量子級聯(lián)激光器感興趣，而這種技術(shù)本身會產(chǎn)生新的解決方案。
“在開發(fā)人員可以寫出“重量級APP”使它成為一個家庭產(chǎn)品之前，我們首先需要一個iPhone，”他說。“同樣的，我們正在努力的這一項技術(shù)，可以讓未來的研究人員以前所未有的方式改變世界。”
