Инженеры разработали революционный терагерцевый лазер: почему это может изменить мир
Группа инженеров из США и Канады разработали мощную портативную версию квантово-каскадного лазера, способного генерировать терагерцевое излучение в полевых условиях. Устройства на основе этой технологии могут найти применение в сфере мобильной диагностики онкологических заболеваний. Также их можно использовать для выявления взрывчатки и запрещенных предметов в людных местах.
Лазеры уже давно заполонили мир и используются практически везде. Они покорили большую часть электромагнитного спектра, от ультрафиолетового до инфракрасного, и сделали возможными технологии цифровой коммуникации, печати, сканирования и многое другое.
Интересно Ошибка 3D-принтера помогла открыть совершенно новый материал
До сих пор ключевая область спектра оставалась неподвластной инженерам: терагерцевый диапазон, лежащий между инфракрасным и микроволновым. Инженеры работают над источником ТГц-излучения, способным проникать сквозь непрозрачные объекты и раскрывать их химический состав, но компактные терагерцевые лазеры работают только при ультранизких температурах, то есть в лабораторных условиях. Однако теперь это в прошлом, рассказывает Science.
Подробнее о технологии
Специалисты из США и Канады описали в журнале Nature Photonics технологию создания терагерцевого лазера размером с рисовое зерно на чипе, который работает при температуре 250 К или -23°C, в пределах холодильника не большего хоккейной шайбы.
Стандартные лазеры на чипах генерируют фотоны, когда электроны попадают в электронные ячейки полупроводника, конструкция которого определяет цвет. Например, нитрид галлия излучает синий свет, арсенид галлия – красный. Однако ни один из сплавов не дает излучения в терагерцевого диапазона.
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 году был создан терагерцевый квантово-каскадный лазер. Устройство необходимо было охлаждать до 50 К, но в прошлом году команда под руководством Жерома Файста из Швейцарии разработала терагерцевый QCL, который работал при 210 К. Однако он требовал громоздких и дорогих криогенных установок.
Не пропустите Новая концепция ядерного двигателя поможет добраться до Марса за три месяца
Новый виток
Теперь команда ученых из MIT и Университета Ватерлоо продемонстрировала лазер новой конструкции, который обеспечивает работу электронов при температуре достаточно низкой для того, чтобы ее можно было постоянно поддерживать в полевых условиях, то есть за пределами лаборатории благодаря термоэлектрическим охладителем. А это значит, что технология позволит в будущем создавать терагерцевые лазеры, которые будут работать при комнатных температурах.
Их можно будет подключать к терагерцевым детекторам, которые уже разрабатывают ученые других стран. Такое сочетание может стать началом появления новых технологий, позволяющих, например, распознать рак кожи без биопсии или без лишних сложностей проверить пассажиров авиалиний на наличие взрывчатых веществ и нелегального груза.