Vienos Technologijos Universiteto mokslininkai tobulina galingiausią pasaulyje THz kvantinį kaskadinį lazerį

Worlds Most Powerful Terahertz Quantum Cascade Laser

Mokslininkai iš Vienos Technologijos universiteto sukūrė didžiausios pasaulyje galios THz kvantinį kaskadinį lazerį – sumušė ankstesnį rekordą, priklausiusį Masačiusetso Technologijos institutui.

Worlds-Most-Powerful-Terahertz-Quantum-Cascade-Laser
Naujai sukurtas kvantinis kaskadinis lazeris (QCL) Vienos technologijos universitete.

Diagnostikai ar nežinomų medžiagų analizei, ar ultrasparčiajai comunikacijai – THz spinduliuotės šaltiniai tampa vis labiau ir labiau svarbūs. Vienos technologijos universitete buvo pasiektas svarbus laimėjimas.

Milimetrinių elektromagnetinių bangų diapazonas yra nematomas bet nepaprastai naudingas , spinduliuotė gali prasiskverbti į daugelį medžiagų, kurios nepraleidžia matomos šviesos. Šis spinduliaviams puikiai tinka tirti molekulių įvairovei. Terahercinis spinduliavimas gali būti gaunamas naudojant mažus, tik keletą milimetrų pločio, kvantinės kaskados lazerius. Vienos technologijos universitete (TU Viena) jau pasiektas naujas pasaulio rekordas ; naudojant specialią suliejimo technika buvo sujungtos dvi simetriškos lazerinės struktūros, dėl ko šio lazerio šviesa sustiprėjo keturgubai.

Researchers-Create-the-Most-Powerful-Terahertz-Quantum-Cascade-Laser
Du lazeriai yra sujungti, sukuriant  didesnį ir daug veiksmingesnį, nei vieną.

Peršokantys elektronai sukuria THz spinduliavimą

Elektronams kiekviename kvantinio kaskadinio lazerio sluoksnyje tik tam tikri diskretiniai (fiksuoti) energijos lygmenys yra neuždrausti. Jeigu paduodama tiesioginė elektros srovė , elektronai pereina nuo sluoksnio į sluoksnį, kiekviename žingsnyje išspinduliuodami energiją šviesos forma. Tokiu būdu, egzotiškas terahercinio spinduliuotės bangos pogrupio milimetrinis režimas (tarp mikrobangų ir infraraudonųjų spindulių ), gali būti ganamas su dideliu efektyvumu .

Daugelis molekulių  šviesą sugeria šio spektro regione labai charakteringai – todėl gali būti laikomos turinčiomis „optinius pirštų atspaudus“ . Dėl šios priežasties, terahercinis spinduliavimas gali būti naudojamas cheminiam detektoriui . Jis taip pat vaidina svarbų vaidmenį medicininiuose vizualizavimuose. Viena vertus , tai ne jonizuojančioji spinduliuotė, jos energija yra gerokai mažesnė nei rentgenas spindulių, todėl tai nėra pavojinga . Kita vertus , jos bangos ilgis yra trumpesnis nei mikrobangų spinduliuotės , o tai reiškia , kad ji gali būti naudojama siekiant sukurti didesnės raiškos vaizdus.

Šie taikymai gali sugrąžinti prisiminimus apie legendinį “ Tricorder “ iš „Star Trek“  – nešiojamas universalus analizės prietaisas . Matuoti daiktus per atstumą ir medicininiuose vizualizavimuose reikalingi kompaktiški šviesos šaltiniai su labai aukšta optine galia .

Lazerio galios galimas padidinimo būdas – panaudoti daugiau puslaidininkių sluoksnių. Didesnis sluoksnių skaičius reiškia, kad daugiau elektronų keičia savo energijos būsenų, kai jie eina per struktūrą , todėl išmetamų fotonų skaičius didėja. Tokių daugiasluoksnių konstrukcijų gamyba , tačiau yra labai komplikuota. Prof. Karlo Unterrainer komandai prie Fotonikos instituto Vienos Technologijos universitete jau pavyko sujungti du atskirus kvantinių kaskadų lazeriųs vadinamuoju klijavimo procesu.

“ Tai veiksminga tik labai specifinio dizaino kvantinėse kaskadinėse struktūrose “ , sako Christoph Deutsch ( TU Viena) , “ Su standartiniu kvantiniu kaskadiniu lazeriu tai tikrai neįmanoma. “ reikalingi simetriniai lazeriai, per kuriuos elektronai gali judėti abiem kryptimis. 

skaityti plačiau: http://scitechdaily.com/tu-vienna-researchers-develop-worlds-powerful-terahertz-quantum-cascade-laser/