Лазери вже давно заполонили світ та використовуються практично скрізь. Вони підкорили більшу частину електромагнітного спектра, від ультрафіолетового до інфрачервоного, і зробили можливими технології цифрової комунікації, друку, сканування та багато іншого.
Цікаво Помилка 3D-принтера допомогла відкрити абсолютно новий матеріал
Досі ключова область спектру залишалася непідвладною інженерам: терагерцовий діапазон, що лежить між інфрачервоним та мікрохвильовим. Інженери працюють над джерелом ТГц-випромінювання, здатним проникати крізь непрозорі об'єкти і розкривати їх хімічний склад, але компактні терагерцові лазери працюють тільки при ультранизьких температурах, тобто в лабораторних умовах. Однак тепер це в минулому, розповідає Science.
Детальніше про технологію
Фахівці зі США й Канади описали в журналі Nature Photonics технологію створення терагерцового лазера розміром з рисове зерня на чіпі, який працює при температурі 250 К або -23° C, в межах холодильника не більшого за хокейну шайбу.
Стандартні лазери на чіпах генерують фотони, коли електрони потрапляють в електронні комірки напівпровідника, конструкція якого визначає колір. Наприклад, нітрид галію випромінює синє світло, арсенід галію – червоне. Однак жоден зі сплавів не дає випромінювання в терагерцовому діапазоні.
У 1994 вчені AT & T Bell Labs створили новий тип лазера – квантово-каскадний лазер (QCL) з сотнями шарів напівпровідників певної товщини. Спочатку він випромінював інфрачервоне світло, але в 2002 році було створено терагерцовий квантово-каскадний лазер. Цей пристрій необхідно було охолоджувати до 50 К, але торік команда під керівництвом Жерома Файст зі Швейцарії розробила терагерцовий QCL, який працював при 210 К. Однак він вимагав громіздких і дорогих кріогенних установок.
Не пропустіть Нова концепція ядерного двигуна допоможе дістатися Марса за три місяці
Новий виток
Тепер команда вчених з MIT і Університету Ватерлоо продемонструвала лазер нової конструкції, який забезпечує роботу електронів при температурі досить низькій для того, щоб її можна було постійно підтримувати у польових умовах, тобто за межами лабораторії завдяки термоелектричним охолоджувачам. А це означає, що технологія дозволить в майбутньому створювати терагерцові лазери, які працюватимуть при кімнатних температурах.
Їх можна буде підключати до терагерцових детекторів, які вже розробляють вчені інших країн. Таке поєднання може стати початком появи нових технологій, що дозволяють, наприклад, розпізнати рак шкіри без біопсії або без зайвих складнощів перевірити пасажирів авіаліній на наявність вибухових речовин і нелегального вантажу.