Создан революционный терагерцовый лазер. Он изменит многое
Инженеры из США и Канады разработали высокомощную портативную версию квантово-каскадного лазера, способного генерировать терагерцовое излучение вне лабораторных условий. Такое устройство можно будет применять, например, для мобильной диагностики онкологических заболеваний или обнаружения взрывчатки и запрещенных предметов в потоке людей. Эта же технология позволит создать терагерцовые лазеры, действующие при комнатной температуре.
Компактные лазеры покорили большую часть электромагнитного спектра, от ультрафиолетового до инфракрасного, и сделали возможными технологии цифровой коммуникации, печати, сканирования и многие другие. Но одна ключевая область спектра остается неподвластной: терагерцовый диапазон, лежащий между инфракрасным и микроволновым. Инженеры разрабатывают источник ТГц-излучения, способный проникать сквозь непрозрачные объекты и раскрывать их химический состав, но компактные терагерцовые лазеры работают только при ультранизких температурах, то есть в лабораторных условиях.
Однако теперь это в прошлом. Специалисты из США и Канады описали в журнале Nature Photonics технологию создания терагерцового лазера размером с рисовое зерно на чипе, который работает при температуре 250 К или –23 °C, в пределах холодильника размером с хоккейную шайбу, сообщает Science.
Стандартные лазеры на чипах генерируют фотоны, когда электроны попадают в электронные вакансии полупроводника, конструкция которого определяет цвет. Например, нитрид галлия излучает синий свет, арсенид галлия — красный. Однако ни один из сплавов не дает излучение в терагерцовом диапазоне.
В 1994 ученые AT&T Bell Labs создали новый тип лазера — квантово-каскадный лазер (QCL) с сотнями слоев полупроводников определенной толщины. Сначала он излучал инфракрасный свет, но в 2002 был создан терагерцовый квантово-каскадный лазер. Это устройство необходимо было охлаждать до 50 К, но в прошлом году команда под руководством Жерома Файста из Швейцарии разработала терагерцовый QCL, работавший при 210 К. Однако он требовал громоздких и дорогих криогенных установок.
Теперь команда ученых из MIT и Университета Уотерлу продемонстрировала лазер новой конструкции, который обеспечивает работу электронов при температуре достаточно низкой для того, чтобы ее можно было добиться обычными термоэлектрическими охладителями. Более того, та же технология позволит в будущем создавать терагерцовые лазеры, действующие при комнатной температуре.
Их можно будет подключать к терагерцовым детекторам, которые уже разрабатывают ученые других стран. Этот союз приведет к появлению новых технологий, позволяющих, к примеру, распознать рак кожи без биопсии или без труда проверить пассажиров авиалиний на наличие взрывчатых веществ и нелегального груза.