Что отличает терагерцовые квантово-каскадные лазеры от других лазеров, так это то, что они излучают свет в терагерцовом диапазоне электромагнитного спектра. У них есть приложения в области спектроскопии, где они используются в химическом анализе.
Лазеры также могут в конечном итоге обеспечить сверхбыстрые беспроводные линии связи с короткими переходами, когда большие наборы данных должны передаваться через университетские городки больниц или между исследовательскими центрами в университетах – или в спутниковой связи.
Чтобы иметь возможность отправлять данные с такой увеличенной скоростью, лазеры должны модулироваться очень быстро: включаться и выключаться или пульсировать около 100 миллиардов раз в секунду.
Инженерам и ученым пока не удалось разработать способ достижения этой цели.
Группа исследователей из Университета Лидса и Университета Ноттингема считает, что они нашли способ обеспечить сверхбыструю модуляцию, сочетая мощность акустических и световых волн. Они опубликовали свои выводы сегодня (11 февраля) в Nature Communications.
Джон Каннингем, профессор наноэлектроники в Лидсе, сказал: «Это захватывающее исследование.
В настоящее время система модуляции квантового каскадного лазера имеет электрический привод, но у этой системы есть ограничения.
"По иронии судьбы, та же электроника, которая обеспечивает модуляцию, обычно тормозит скорость модуляции.
Вместо этого разрабатываемый нами механизм основан на акустических волнах."
Квантовый каскадный лазер очень эффективен.
Когда электрон проходит через оптический компонент лазера, он проходит через серию «квантовых ям», где уровень энергии электрона падает и излучается фотон или импульс световой энергии.
Один электрон способен испускать несколько фотонов.
Именно этот процесс контролируется во время модуляции.
Вместо использования внешней электроники группы исследователей из университетов Лидса и Ноттингема использовали акустические волны для вибрации квантовых ям внутри квантового каскадного лазера.
Акустические волны создавались воздействием импульса другого лазера на алюминиевую пленку. Это заставило пленку расширяться и сжиматься, посылая механическую волну через квантовый каскадный лазер.
Тони Кент, профессор физики в Ноттингеме, сказал: «По сути, мы использовали акустическую волну, чтобы встряхнуть сложные электронные состояния внутри квантового каскадного лазера. Затем мы могли видеть, что его световой поток в терагерцовом диапазоне был изменен акустической волной."
Профессор Каннингем добавил: «Мы не достигли ситуации, когда можно было бы полностью остановить и запустить поток, но мы смогли контролировать светоотдачу на несколько процентов, что является отличным началом.
«Мы считаем, что с дальнейшим усовершенствованием мы сможем разработать новый механизм для полного контроля излучения фотонов из лазера и, возможно, даже интегрировать структуры, генерирующие звук с помощью терагерцового лазера, так что внешний источник звука не потребуется."
Профессор Кент сказал: «Этот результат открывает новую область для физики и инженерии, чтобы объединиться в исследовании взаимодействия терагерцовых звуковых и световых волн, которое может иметь реальные технологические применения."