Терагерцевые лазеры совершенствует сканеры взрывчатки

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) разработали новый способ изменения частоты лазеров, которые работают в терагерцевом диапазоне. Полученные результаты важны для совершенствования установленных в аэропортах сканеров, определяющих наличие в закрытых сумках и чемоданах аспирина, метамфетамина и взрывчатых веществ. Находящееся между инфракрасными и микроволнами в электромагнитном спектре терагерцевое излучение способно проходить через одежду, пластик, живую ткань, но в то же время оно безопаснее рентгеновских лучей. Поскольку оно поглощается различными молекулами неодинаково, это позволяет установить химический состав материала. Однако точное измерение требует применения непрерывного диапазона терагерцевых частот, которые по-разному взаимодействуют с объектом.

Профессор Куинг Ху (Qing Hu) из Лаборатории исследований электроники (Research Laboratory of Electronics) предложил первый практичный метод настройки терагерцевых лазеров с квантовым каскадом – наиболее многообещающего источника излучения в терагерцевом спектре. Метод может найти широкое применение и в области других технологий. Суть техники в следующем. Настройка лазера обычно предполагает изменение длины резонатора или рабочей температуры. Ху сравнивает эти способы с регулированием высоты звука от струны гитары путём нажатия в той или иной точке или силой натяжения. Лазерам с квантовым каскадом не подходит ни то, ни другое. Есть ещё один путь: изменение диаметра струны. Предложение Ху, грубо говоря, заключается в управлении диаметром луча. Распространяясь, например, по оптоволоконному кабелю, электромагнитная волна может образовывать так называемые поперечные моды. Они схожи с перпендикулярной к лучу волной с быстрым временем угасания.

В методе Ху используется определённый тип лазера с квантовым каскадом – проводной лазер (wire laser), в котором длина волны поперечных мод больше габаритов самого лазера. Расположение рядом с ним какого-нибудь материала деформирует моды, в свою очередь изменяющие частоту генерируемого излучения. В ходе экспериментов учёный обнаружил, что металл уменьшает длину волны, а кремний – наоборот. Расстояние от материалов также оказывает влияние. В настоящий момент разрабатывается чип, в котором управляемые электронным путём микроэлектромеханические (MEMS) устройства будут перемещаться с миниатюрными металлическими и кремниевыми блоками около лазера, позволяя производить точную настройку его излучения.