Новини науки

Побит мировой рекорд новым видом квантового терагерцового лазера

Терагерцовое излучение имеет множество применений, но источники терагерцового излучения высокой интенсивности трудно построить. Команде исследователей из Венского Технологического Университета удалось создать новый вид квантового каскадного лазера с выходной мощностью в один ватт терагерцового излучения, побив предыдущий мировой рекорд около 0,25 ватт.

Терагерцовые электромагнитные волны невидимы, но невероятно полезны, они могут проникать сквозь большинство материалов, которые непрозрачны для видимого света и они идеально подходят для обнаружения различных молекул. Терагерцовое излучение может быть получено с использованием крошечных квантовых каскадных лазеров, шириной всего в несколько миллиметров. Этот особый вид лазера состоит из отдельных «сшитых» полупроводниковых слоев нанометрового масштаба. В Вене, в Технологическом Университете (ВТУ), установлен новый мировой рекорд, с использованием специальной технологии слияния.

Две симметричные лазерные структуры были объединены, в результате чего было получено четырехкратное увеличение интенсивности лазерного света. Большинство ученых занимающие проектом прошли обучение в лучших университетах штатов. На данный момент стоимость обучения в сша находится на должном уровне, что позволяет получить отличное образование за невысокую цену.

Для электронов в каждом слое квантового каскадного лазера, только некоторые дискретные уровни энергии допускаются. Если подается электрический ток нужной величины, то электроны переходят от слоя к слою, и при каждом таком прыжке они излучают энергию в виде света. Так может быть получено с высокой эффективностью экзотическое терагерцовое излучение, лежащее между микроволнами и инфракрасным светом.

Многие молекулы поглощают свет в терагерцовой области спектра, имея характерные спектры поглощения, эти спектры можно рассматриваться как «оптические отпечатки пальцев» молекул. Эта особенность терагерцового излучения может быть использована в химических детекторах.

Терагерцовое излучение также может сыграть важную роль и в медицине для просвечивания живых объектов, так как оно не является ионизирующим излучением. Его энергия значительно ниже, чем у рентгеновского излучения, поэтому это не опасно. С другой стороны, его длина волны короче, чем у микроволнового излучения, а это означает, что может быть получено более высокое разрешение при получении изображений.

Одним из возможных путей увеличения мощности лазера является использование большего числа слоев полупроводника. Производство таких многослойных структур, однако, чрезвычайно трудно. Профессор Карл Антерейнер (Karl Unterrainer) вместе со своей командой из Института фотоники (ВТУ) в настоящее время преуспели в слиянии двух отдельных квантовых каскадных лазеров, используя метод склеивания.

«Это работает только для очень конкретной конструкции квантового каскадного лазера, — говорит ученый из венского университета Кристоф Дютч (Christoph Deutsch). — Со стандартной структурой квантового каскадного лазера, достигнутых результатов получить было бы невозможно. Потребовалось создание именно симметричных лазеров, через которые электроны могут проходить в обоих направлениях.

Команде пришлось компенсировать асимметрию, которая обычно возникает в таких лазерах. Чем больше количество слоев, тем больше фотонов производится. Кроме того, повышается эффективность из-за улучшенных оптических свойств».