美国国家航空航天局(NASA)表示，他们通过利用发射太赫兹光谱的量子级联激光器(QCL)打造而成的光学系统，能够更轻松地定位月球上的水。

NASA表示，戈达德太空飞行中心的工程师Berhanu Bulcha正在领导一项工作，开发一种外差光谱仪（heterodyne spectrometer），该光谱仪将能够区分水、氢离子和含羟基化合物——这是大多数现有技术无法做到的。他们的技术利用“量子隧穿”效应产生高功率太赫兹激光，填补了现有激光技术在月球上寻找水源的空白。

太赫兹量子级联激光器

在地外探索中，寻找水源和其他资源目前是NASA的首要任务，因为这对探索月球和太阳系中更遥远的物体至关重要。然而，大多数技术无法区分水、自由氢离子和羟基，因为使用的宽带探测器无法区分不同的挥发性物质。

Berhanu Bulcha则认为，一个基于稳定、高功率、太赫兹激光的外差光谱仪将能够明确地识别和定位月球上的水源，而它又需要一个稳定的、高功率的太赫兹激光器。

目前美国宇航局小企业创新研究(SBIR)项目与加州Longwave Photonics公司合作的这种激光器已经被制成了原型。利用麻省理工学院（MIT）电子研究实验室联合创始人Qing Hu团队授权的技术，Mountain View公司在过去十年中获得了美国宇航局一系列SBIR项目的资助。

可兼容集成于立方体卫星

光谱仪通过探测光谱或光的波长，来揭示光接触物质的化学性质。而外差光谱仪就像显微镜一样，可以在太赫兹这样的带宽范围内观察细微差别，它将本地激光源与入射光结合起来。测量激光光源和组合波长之间的差值可以提供光谱子带宽之间的精确读数。

传统的激光器通过激发原子外层的电子来产生光，当电子跃迁或返回到静止能级时，电子会发出单个光子。根据激发一个电子所需的固定能量，不同的原子产生不同频率的光。然而，激光在红外和微波之间的光谱中有一个特定的部分是不足的，这个部分被称为“太赫兹间隙”。

为了填补这一空白，布尔查博士的团队正在开发量子级联激光器，利用一些独特的、只有几个原子厚的量子级联材料的物理特性，在每次电子跃迁事件中产生光子。在这些材料中，激光以特定的频率发射光子，该频率由交流半导体层的厚度决定，而不是由材料中的元素决定。

Bulcha和他的团队现在已经将该公司的太赫兹QCL集成到一个带有薄光学天线的波导上，以缩小光束发射的角度。NASA表示，集成的激光和波导单元被封装在一个比四分之一美元硬币还小的空间中，并将这种耗散减少了一半。

该团队目标是为美国宇航局的阿尔忒弥斯项目（Artemis Program）制造一种能够用于航空飞行的激光器，而QCL的微小尺寸和低功耗，意味着光谱仪系统将能够嵌入到一个鞋盒大小的“1U”立方体卫星上，甚至可以作为一个手持设备供未来月球或太阳系其他地方的探险家使用。

由麻省理工学院的Qing Hu和Alan Lee于2010年成立的Longwave Photonics公司，目前正在销售1.6-4.3太赫兹的超宽带QCL，旨在应用于宽带光谱学和高光谱成像。此外，该公司的网站还列出了透镜耦合非对称级联型全光纤QCLs，以及增强单模分布式反馈(DFB)源。