La radiación de Terahercios, la banda de radiación electromagnética entre las microondas y la luz visible, tiene aplicaciones prometedoras en seguridad y diagnóstico médico, pero dichos dispositivos requerirán el desarrollo de láseres de terahercios compactos, de baja potencia y alta calidad.
En el número de esta semana de Fotónica de la naturaleza , los investigadores del MIT y Sandia National Laboratories describen una nueva forma de construir láseres de terahercios que podrían reducir significativamente su consumo y tamaño de energía, al tiempo que les permite emitir haces más estrechos, un requisito crucial para la mayoría de las aplicaciones prácticas.
El trabajo también representa un enfoque fundamentalmente nuevo para el diseño láser, que también podría tener ramificaciones para los láseres de luz visible.
El dispositivo de los investigadores es un conjunto de 37 láseres microfabricados en un solo chip. Sus requisitos de potencia son muy bajos porque la radiación emitida por todos los láseres está "bloqueada en fase", lo que significa que los canales y las crestas de sus ondas están perfectamentealineado. El dispositivo representa una forma fundamentalmente nueva de bloquear las matrices de láseres de fase.
En su artículo, los investigadores identificaron cuatro técnicas de bloqueo de fase anteriores, pero todas tienen inconvenientes a la microescala. Algunas requieren posicionar los componentes fotónicos tan juntos que serían difíciles de fabricar. Otros requieren componentes fotónicos fuera del chip adicionales quetendrían que colocarse con precisión en relación con los láseres. Las matrices de Hu y sus colegas, por el contrario, son monolíticas, lo que significa que están grabadas completamente de un solo bloque de material.
"Todo este trabajo está inspirado en la tecnología de ingeniería de antenas", dice Qing Hu, un distinguido profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en el MIT, cuyo grupo dirigió el nuevo trabajo. "Estamos trabajando en láseres, y por lo general las personas compartimentan esocomo fotónica. Y la ingeniería de microondas es realmente una comunidad diferente, y tienen una mentalidad muy diferente. Realmente nos inspiramos en la tecnología de ingeniería de microondas de una manera muy reflexiva y logramos algo totalmente nuevo conceptualmente ".
Mantenerse enfocado
La matriz láser de los investigadores se basa en el mismo principio que subyace a la transmisión de televisión y radio. Una corriente eléctrica que pasa a través de una antena de radio produce un campo electromagnético, y el campo electromagnético induce una corriente correspondiente en las antenas cercanas. En Hu y sus colegas'matriz, cada láser genera un campo electromagnético que induce una corriente en los láseres a su alrededor, que sincroniza la fase de la radiación que emiten.
Este enfoque explota lo que anteriormente se había visto como un inconveniente en los láseres pequeños. Los láseres a escala de chip han sido un área activa de investigación durante décadas, para aplicaciones potenciales en la comunicación chip a chip dentro de las computadoras y en la detección ambiental y bioquímica.Pero a medida que las dimensiones de un láser se reducen, la radiación que emite el láser se vuelve más difusa ". Esto no se parece en nada a un puntero de rayo láser", explica Hu. "Realmente se irradia en todas partes, como una pequeña antena".
Si un láser a escala de chip está destinado a emitir radiación en una dirección, entonces cualquier radiación que emita en direcciones laterales se desperdicia y aumenta su consumo de energía. Pero el diseño de Hu y sus colegas recaptura que emite radiación lateralmente.
De hecho, cuantos más emisores agreguen a su matriz, más se recapturará la radiación emitida lateralmente, disminuyendo el umbral de potencia en el cual la matriz producirá luz láser. Y debido a que la radiación emitida lateralmente puede viajar largas distancias, se obtendrán beneficios similaresa medida que las matrices crecen aún más.
"Creo firmemente que todos los fenómenos físicos pueden ser pros o contras", dice Hu. "No se puede decir inequívocamente que tal o cual comportamiento es universalmente bueno o malo".
apretando
En gran parte, la energía de la radiación lateral recapturada se vuelve a emitir en la dirección perpendicular a la matriz. Por lo tanto, el haz emitido por la matriz es mucho más apretado que el emitido por otros láseres experimentales a escala de chip. Y un haz apretadoes esencial para la mayoría de las aplicaciones imaginadas de radiación de terahercios.
En aplicaciones de seguridad, por ejemplo, la radiación de terahercios se dirigiría a una muestra química, que absorbería algunas frecuencias más que otras, produciendo una huella dactilar de absorción característica. Cuanto más apretado es el haz, más radiación llega a la muestra y, posteriormente,un detector, produciendo una señal más clara
Hu se une en el papel al primer autor Tsung-Yu Kao, que era un estudiante graduado en ingeniería eléctrica del MIT cuando se realizó el trabajo y ahora es director de tecnología en LongWave Photonics, una compañía que comercializa láseres de terahercios, y JohnReno de Sandia National Laboratories.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Larry Hardesty. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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