Istraživački tim demonstrira terahertz poluvodički laser s rekordnom izlaznom snagom

Todd Kuiken: A prosthetic arm that "feels" (Lipanj 2019).

Anonim

Sposobnost iskorištavanja svjetlosti u intenzivnu zraku monokromatskog zračenja u laseru revolucionirala je način na koji živimo i radimo više od pedeset godina. Među njenim brojnim aplikacijama su ultrafast i velike kapacitetne komunikacije podataka, proizvodnja, operacija, barkod skeneri, pisači, tehnologija samousluživanja i spektakularni laserski svjetlosni zasloni. Laseri su također pronađeni u atomskoj i molekularnoj spektroskopiji u različitim granama znanosti, kao i za otkrivanje i analizu širokog raspona kemikalija i biomolekula.

Laseri se mogu kategorizirati na temelju njihove valne duljine emisije unutar elektromagnetnog spektra, od kojih su laseri vidljive svjetlosti - poput onih u laserskim pokazivačima - samo jedan mali dio. Infracrveni laseri koriste se za optičke komunikacije kroz vlakna. Ultraljubičasti laseri koriste se za operaciju očiju. A tu su i teraherti laseri, koji su predmet istraživanja u istraživačkoj skupini Sushila Kumara, izvanrednog profesora elektrotehnike i računalnog inženjerstva na Sveučilištu Lehigh.

Terahertz laseri emitiraju zračenje koje se nalazi između mikrovalova i infracrvene svjetlosti duž elektromagnetskog spektra. Njihovo zračenje može prodrijeti u uobičajene materijale za pakiranje kao što su plastika, tkanine i karton, a također su izuzetno učinkoviti u optičkom osvjetljavanju i analizi širokog spektra kemikalija. Ti laseri imaju potencijal za upotrebu u nerazornim pregledima i otkrivanju pakiranih eksploziva i nedopuštenih lijekova, procjenu farmaceutskih spojeva, screening za rak kože, pa čak i proučavanje stvaranja zvijezda i galaksije.

Primjene kao što su optička spektroskopija zahtijevaju da laser emitira zračenje na točnoj valnoj duljini koja se najčešće postiže primjenom tehnike poznate kao "distribuirana povratna informacija". Takvi uređaji nazivaju se jednodimenzionalni laseri. Za operacije s jednim načinom rada posebno je važno za terahertske lasere, budući da će njihova najvažnija primjena biti u terahterskoj spektroskopiji. Teraherti su još uvijek u razvojnoj fazi, a istraživači širom svijeta nastoje poboljšati svoje karakteristike performansi kako bi ispunili uvjete koji bi im omogućili komercijalnu održivost.

Kao što se propagira, teraherc zračenje apsorbira atmosferskom vlagom. Stoga je ključni zahtjev takvih lasera intenzivna zraka tako da se može koristiti za optičko mjerenje i analizu tvari koje se drže na udaljenosti od nekoliko metara ili više, a ne mogu se apsorbirati. U tu svrhu, Kumarov istraživački tim usredotočen je na poboljšanje intenziteta i svjetline, što se može postići djelomično povećanjem optičke snage.

U nedavnom radu objavljenom u časopisu Nature Communications, tim Lehigh-a pod nadzorom Kumara u suradnji s Sandia National Laboratories-izvijestio je o jednostavnoj, ali djelotvornoj tehnici za poboljšanje izlazne snage jednodimenzionalnih lasera koji "emitiraju površinu" (za razliku od onih koji koriste "rub-emitting" konfiguraciju). Od ova dva tipa, konfiguracija površinskog zračenja za poluvodičke lasere pruža prepoznatljive prednosti u tome kako se laseri mogu miniaturizirati, pakirati i ispitati za komercijalnu proizvodnju.

Objavljeno istraživanje opisuje novu tehniku ​​kojom se u optičkoj šupljini lasera uvodi specifična vrsta periodičnosti, čime se u osnovi zrači dobrom kvalitetom zrake s povećanom efikasnošću zračenja, čime laser postaje snažniji. Autori nazivaju njihovu shemu kao "hibridni Bragg rešetkasti sloj drugog i četvrtog reda" (za razliku od drugog reda Bragg rešetka za tipični laserski površinski emitant, varijacije koje su korištene u širokom rasponu lasera za blizu tri desetljeća). Autori tvrde da njihova hibridna rešetka nije ograničena na terahertz lasere i mogla bi potencijalno poboljšati performanse široke klase površinskih poluvodičkih lasera koji emitiraju na različitim valnim duljinama.

Izvješće raspravlja o eksperimentalnim rezultatima monolitnog single-mode terahertz lasera s izlazom snage od 170 milliwata, koji je najsnažniji do danas za takvu klasu lasera. Istraživanje pokazuje konačno da je takozvani hibridni rešetkasti oblik lasera emitira na određenoj željenoj valnoj duljini kroz jednostavnu promjenu periodičnosti utisnute rešetke u šupljini lasera uz istodobno zadržavanje kvalitete zrake. Kumar tvrdi da bi razine snage od jednog watta i više trebale biti ostvarive s budućim izmjenama njihove tehnike - što bi moglo biti samo prag potreban da bi se prevladalo kako industrija može primijetiti i stupiti u potencijalnu komercijalizaciju terahertz laserskih instrumenata.

menu
menu