Sinar Laser Terahertz Dibuat Sangat Directional: Laser Semikonduktor Cocok Untuk Screening Keamanan, Kimia Dan Astronomi Sensing

Livejurnal69 - Sebuah tim kolaborasi ilmuwan dari Harvard University dan University of Leeds telah menunjukkan terahertz baru (THz) semikonduktor yang memancarkan sinar laser dengan perbedaan yang jauh lebih kecil dibandingkan sumber laser THz konvensional. Kemajuan, diterbitkan dalam edisi Agustus 8 Bahan Alam, membuka pintu untuk berbagai aplikasi dalam ilmu pengetahuan dan teknologi terahertz. Harvard telah mengajukan sebuah paten yang luas pada penemuan.

Temuan itu dipelopori oleh rekan-rekan postdoctoral Nanfang Yu dan Federico Capasso, Robert L. Wallace Profesor Fisika Terapan dan Vinton Hayes Senior Research Fellow di Teknik Elektro, baik dari Harvard School of Engineering dan Ilmu Pengetahuan Terapan (laut), dan oleh tim yang dipimpin oleh Edmund Linfield di Sekolah Teknik Elektronika dan Kelistrikan, University of Leeds.

Sinar Terahertz (T-sinar) dapat menembus efisien melalui kertas, pakaian, plastik, dan bahan lainnya, membuat mereka ideal untuk mendeteksi senjata tersembunyi dan agen biologi, pencitraan tumor tanpa efek samping yang berbahaya, dan bercak cacat, seperti retak, dalam bahan . THz radiasi juga digunakan untuk mendeteksi kepekaan-tinggi konsentrasi bahan kimia kecil antar bintang.

"Sayangnya, sekarang THz laser semikonduktor tidak cocok untuk banyak aplikasi ini karena berkas mereka yang sangat beragam - serupa dengan cahaya dipancarkan dari lampu" kata Capasso. "Dengan membuat struktur optik buatan pada segi laser, kami mampu menghasilkan sangat collimated (yaitu, terikat erat) sinar dari perangkat. Hal ini menyebabkan pengumpulan efisien dan konsentrasi tinggi kekuasaan tanpa perlu untuk konvensional, mahal , dan lensa besar. "

Secara khusus, untuk berkeliling keterbatasan konvensional, para peneliti sculpted array lekukan sub-panjang gelombang-lebar, dinamakan sebagai metamaterial, langsung pada segi laser kaskade kuantum. Perangkat memancarkan pada frekuensi 3 THz (atau panjang gelombang seratus mikron), di bagian yang tak terlihat dari spektrum dikenal sebagai-jauh inframerah.

"Tim kami mampu mengurangi perbedaan sudut berkas ini muncul dari laser semikonduktor secara dramatis, sementara mempertahankan output daya tinggi optik perangkat unpatterned identik," kata Linfield. "Jenis laser ini dapat digunakan oleh pejabat pabean untuk mendeteksi bahan terlarang dan oleh produsen farmasi untuk memeriksa kualitas obat yang diproduksi dan disimpan."

Penggunaan metamaterials, bahan buatan rekayasa untuk menyediakan properti yang mungkin tidak tersedia di Alam, adalah penting untuk demonstrasi sukses para peneliti '. Sementara metamaterials telah menggunakan potensi dalam aplikasi baru seperti cloaking, bias negatif dan pencitraan resolusi tinggi, penggunaannya dalam perangkat semikonduktor telah sangat terbatas sampai saat ini.

"Dalam kasus kami, metamaterial melayani fungsi ganda: sangat membatasi cahaya THz muncul dari perangkat ke facet collimating laser dan sinar itu," jelas Yu. "Kemampuan metamaterials membatasi kuat pada permukaan gelombang THz memungkinkan untuk memanipulasi secara efisien untuk aplikasi seperti sensing dan sirkuit THz optik."

Tambahan co-author dari studi ini mencakup Qi Wang Jie, sebelumnya dari Harvard University dan sekarang dengan Nanyang Technological University di Singapura; mahasiswa pascasarjana Mikhail A. Kats dan postdoctoral sesama Jonathan A. Fan, keduanya dari Harvard University, dan rekan-rekan postdoctoral Suraj P Khanna dan. Lianhe Li dan anggota fakultas Giles A. Davies, semua dari University of Leeds.

Penelitian ini sebagian didukung oleh Angkatan Udara Office of Scientific Research. Para penulis Harvard berbasis juga mengakui dukungan dari Center for Nanoscale Systems (SSP) di Harvard University, anggota Nanoteknologi Nasional Jaringan Infrastruktur (NNIN). Para penulis Leeds berbasis mengakui dukungan dari Inggris Rekayasa dan Dewan Penelitian Ilmu Pengetahuan Fisik.