Un grupo de científicos de TU Wien y ETH Zurich han tenido éxito en sus intentos de generar pulsos de luz ultracortos de terahercios. Con longitudes de solo unos pocos picosegundos, estos pulsos son ideales para aplicaciones espectroscópicas y permiten realizar mediciones de frecuencia extremadamente precisas.
Las propiedades únicas de la radiación de terahercios significan que es de interés para una amplia gama de aplicaciones potenciales, incluidas las imágenes médicas no invasivas y la detección de sustancias peligrosas. Las ondas de terahercios pueden penetrar muchos materiales que son opacos a la luz visible y, a diferencia de X-radiación, no representan un riesgo de daño al tejido biológico. Además de esto, muchas sustancias tienen una huella digital molecular en el rango de terahercios, lo que les permite ser detectados mediante métodos espectroscópicos. Una forma eficiente de generar estas ondas de terahercios es usando cuánticaláseres en cascada, que un grupo de trabajo dirigido por el profesor Karl Unterrainer en el Instituto de Fotónica de TU Wien ha estado investigando y desarrollando.Los láseres en cascada cuánticos consisten en una secuencia definida con precisión de varios cientos de capas de semiconductores que miden solo unos pocos nanómetros de espesor.construcción especial significa que existe la libertad de seleccionar el estado exacto de energía en el que los electrones permanecen dentro del semiconductoo estructura.Esto permite que la frecuencia de la luz láser emitida se ajuste para adaptarse a la aplicación en cuestión.
Creación de un peine de frecuencia con un 'sándwich láser' de banda ancha
Con esta característica especial de poder determinar las longitudes de onda del láser por sí mismas, varias estructuras en cascada cuánticas con diferentes frecuencias de emisión pueden apilarse una encima de la otra, con el objetivo de generar radiación de terahercios de banda ancha ". Las zonas activas heterogéneas de este tipo sones ideal para implementar amplificadores de terahercios de banda ancha y generar pulsos de terahercios ultracortos ", explica Dominic Bachmann del Photonics Institute. Además, si las líneas láser discretas se unen para establecer una relación de fase fija entre los modos láser, algo conocido como un peine de frecuencia'será creado. Los peines de frecuencia permiten tomar medidas extremadamente precisas de la frecuencia absoluta de la luz que se está utilizando, lo cual es esencial para una gran cantidad de aplicaciones. El descubrimiento del peine de frecuencia revolucionó más o menos la metrología óptica y fue honradocon el Premio Nobel de Física en 2005. En los últimos cuatro años, los investigadores hanha estado trabajando duro para generar un peine de frecuencia de terahercios utilizando un láser de cascada cuántica como parte del proyecto TERACOMB de la UE.Dirigido por el Dr. Juraj Darmo del Instituto de Fotónica, el equipo de grupos de investigación internacionales ha logrado generar el primer peine de frecuencia de terahercios de banda ancha basado en tecnología de semiconductores.
Mirando láser en el trabajo
Un método desarrollado por el grupo dirigido por el Prof. Unterrainer hace posible analizar los parámetros internos del láser de cascada cuántica durante la operación del láser. Esta técnica se basa en la espectroscopía resuelta en el tiempo, con pulsos de banda ancha de terahercios que penetran en la muestra a medir. Basado enLos láseres de femtosegundos, esta tecnología se puede utilizar para recopilar toda la información relacionada con el rango de tiempo y frecuencia con una sola medición. Como resultado, los científicos del Instituto de Fotónica han logrado cuantificar los coeficientes de ganancia óptica y ópticadispersión en láseres de cascada cuántica de banda ancha terahercios, mejorando su comprensión de la dinámica compleja en juego. "Estos hallazgos nos permiten aumentar aún más el ancho de banda del láser y mejorar la eficiencia de los peines de frecuencia", explica Juraj Darmo.
pérdidas de orientación
Un problema no resuelto con los láseres de cascada cuántica de terahercios había sido la existencia de líneas láser con diferentes velocidades de propagación. Si hay modos láser con un orden lateral más alto, la intensidad se distribuye de manera muy desigual entre las líneas láser, reduciendo así el ancho de banda utilizable yevitando la generación de un peine de frecuencia. Para evitar que estos modos oscilen, las pérdidas deben aumentarse de tal manera que no alcancen el umbral del láser. Al agregar un absorbente lateral a medida en los bordes del resonador láser,Los investigadores lograron suprimir completamente los modos laterales superiores, sin tener un impacto relevante en los modos fundamentales. El resultado fue un ancho de banda de emisión que cubría una octava completa, una distribución de modo muy uniforme en el medio a 700 GHz, y un peine de frecuencia con un ancho de bandade 440 GHz. Además, los absorbedores laterales permiten la generación de pulsos de terahercios ultracortos con anchos de pulso de menos de 3 ps, lo que representaUn nuevo récord mundial de pulsos de terahercios generados utilizando un láser de cascada cuántica."Fue realmente sorprendente ver cómo un ajuste relativamente menor de la guía de ondas podría producir una mejora tan dramática", explica Dominic Bachmann, quien acaba de terminar de escribir su disertación sobre láser de cascada cuántica de banda ancha.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena, TU Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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