来自苏黎世联邦理工大学（ ETH Zurich）的研究人员报道了一种量子级联激光器的运行温度可以更高的先进成果，这一运行温度的提高可以排除该技术在实际应用时所面临的许多障碍。

当并不是T-Shirt温度的时候，量子电子研究所的 Jérôme Faist 研究小组的人员，报道了一种运行温度为210 K (−63° C)的太赫兹激光器，这一温度足够的高，从而可以不要使用低温冷却剂来进行冷却。取而代之的是，研究团队利用一个热电冷却器来进行冷却，该冷却系统结构更加紧凑、价格更加便宜，同时比使用冷却系统时更加容易维持在工作状态。

研究团队使用一种在很长一段时间内大家都知道的设计，这一设计可以实现在高温下工作，但相对来说比较难以实现，这是因为需要精确控制的强度水平的限制。设计的多样使得采用比较简单的结构成为可能，每个周期两个量子阱 ，但对半导体结构的形状的微小的变化极度敏感。相对于一个参数的优化性能来说，可以导致另外一个参数性能的下降。

图：(a) 热电冷却的激光盒子，盒子内的激光安装在珀耳帖元件的顶部（白色的正方形），可以允许运行在 195 K和 210.5 K 的温度下，激光发射垂直地穿过顶盖地窗户； (b) 激光芯片安装在激光盒子内，同金线相接触，金线同几个激光脊的顶部相连接；(c)一个激光脊 的示意图，平行线表示量子阱结构由层状的半导体所组成，脊（150 µm 宽）是一个三明治的结构，由薄层的铜所组成；(d) 导带边缘（白色的线倾斜）通过应用操作偏差来实现，电子密度的能量以彩色来表示。电子偏差驱动电子通过无辐射跃迁来实现（以虚线箭头来表示）

为了实现设计目标，系统实验的优化并不是一个选择。取而代之的是，研究人员转向计算模拟。使用先进的模拟软件，研究团队可以精确的模拟出复杂设计的量子级联激光器，用以实现一个模型来始终如一地保证其在工作温度下工作，从而可以通过热电制冷来实现。

MIT 设计的微小的太赫兹激光 ，首次可以一次实现3个关键的性能目标：高功率、紧凑的光束和宽频调谐

在前期，最高的运行温度为200 K (−73° C)，即使是这一温度，仍然需要使用低温冷却剂 进行冷却。传统上使用的冷却剂为He，这一冷却剂的增加显著的增加了复杂性，同时还增加了运行成本。

系统中不同部件的实验装置示意图及高亮显示出两级级联激光（红色）何太赫兹发射（蓝色）的路径

研究小组对太赫兹激光的运行温度的进一步提升持乐观的态度。

这一成果以论文题目“Thermoelectrically cooled THz quantum cascade laser operating up to 210 K”发表在顶刊《Applied Physics Letters》上。

文章来源：Thermoelectrically cooled THz quantum cascade laser operating up to 210 K ，Appl. Phys. Lett. 115, 010601 (2019); https://doi.org/10.1063/1.5110305

参考资料：Khalatpour, A., Reno, J.L. & Hu, Q. Phase-locked photonic wire lasers by π coupling. Nature Photon 13, 47–53 (2019). https://doi.org/10.1038/s41566-018-0307-0和Harvard SEAS