Дослідники з Массачусетського Технологічного Інституту розробили терагерцевий квантово-каскадний лазер розміром з комп'ютерний чіп. Перші тести дозволили отримати спектри випромінювання з високим співвідношенням сигнал/шум всього за 100 мікросекунд, що, за словами авторів, дозволить використовувати джерела в імпульсному режимі. Оскільки терагерцеве випромінювання здатне легко проникати крізь перешкоди, воно може використовуватися для пошуку, наприклад, захованої вибухівки. Дослідження опубліковано в журналі, коротко про нього повідомляє прес-реліз MIT.
Квантово-каскадні лазери відрізняються від традиційних напівпровідникових внутрішньою будовою і принципом генерації випромінювання. Вони складаються з великої кількості тонких шарів напівпровідників, що формують періодичну гетероструктуру- «сандвіч». Вона створює для електрона якусь подобу ступінчастої драбини, переміщення вздовж якої вимагає, зокрема, тунелювання. Через таку структуру за час руху один електрон може випустити кілька квантів світла, тому квантово-каскадні лазери можуть володіти квантовою ефективністю більше 100 відсотків.
У новій роботі автори використовували відразу два каскадних лазери на основі шарів арсеніда галію і арсеніда галію-алюмінію для генерації випромінювання. Дослідникам вдалося підібрати параметри шарів у лазерах і самих лазерів таким чином, що спектр отримуваного випромінювання складався з окремих піків, розташованих з рівним кроком у гігагерцевому діапазоні хвиль. При цьому вченим вдалося показати, що створювати такі «гребінки» можна в імпульсному режимі. Це дозволяє впоратися з важливою для терагерцевих лазерів проблемою охолодження.
Вчені протестували нове джерело на еталонному зразку арсеніда галію. Здатність еталона поглинати терагерцеве випромінювання можна передбачити теоретично. Експериментальні результати виявилися близькими до передбачених.
За словами незалежного експерта, Джерарда Висоцкі з університету Прінстона, автори вперше створили компактні терагерцеві джерела здатні створювати «гребінки». "Це проривна робота. Подібні джерела раніше не були доступні в терагерцевому діапазоні "- підсумовує вчений. Висоцьки відзначає важливість того, що новий прилад дозволяє отримувати спектри високої роздільної здатності в імпульсному режимі. «Це перший крок до створення терагерцевих хімічних сенсорів».
Раніше на отримання терагерцевих спектрів пропускання йшло близько 15-30 хвилин. Це пов'язано з тим, що дослідження пропускання випромінювання з кожною конкретною довжиною хвилі вимагало «механічної» перебудови приладу. Новий лазер може зменшити цей час на кілька порядків.
Терагерцеве випромінювання відноситься до довжин хвиль від 0,1 до 1 міліметра. Воно легко проходить крізь більшість діелектриків, що дозволяє використовувати його для аналізу зразків, прямого доступу до яких у дослідників немає. Крім того, раніше фізики з Каліфорнійського технічного інституту запропонували застосовувати джерела терагерцевих «гребінець» для підвищення точності радіотелескопів-інтерферометрів.