Группа исследователей из Гарвардского (США) и Лидсского (Великобритания) университетов создала терагерцевый лазер с малой расходимостью пучка.

Терагерцевое излучение свободно проникает сквозь ткань, пластик, бумагу и многие другие материалы. Оно прекрасно подходит для обнаружения разного рода запрещённых к перевозке веществ и предметов в багаже и грузах; кроме того, его можно использовать для поиска дефектов в материалах и наблюдения раковых опухолей.

К сожалению, современные полупроводниковые лазеры терагерцевого диапазона не слишком хорошо справляются с этими задачами, поскольку их излучение расходится — распространяется примерно так же, как свет от обычной лампы», — говорит участник исследования Федерико Капассо (Federico Capasso).

Задавшись целью решить эту проблему, авторы начали экспериментировать с квантовым каскадным лазером — полупроводниковым устройством, излучающим в средней или дальней ИК-областях спектра.

Рис. 1. Схема расположения бороздок на полупроводниковой поверхности терагерцевого лазера. Цветом отмечены группы бороздок разной глубины. Справа — та же поверхность под сканирующим электронным микроскопом. (Иллюстрация из журнала Nature Materials).

Лазер, который модифицировали физики, работал на частоте в 3 ТГц (на длине волны в 100 мкм — в дальней ИК-области). Как оказалось, для уменьшения расходимости пучка достаточно выполнить на полупроводниковой поверхности — сильнолегированном арсениде галлия — массив микроскопических бороздок. Такая структура, по принципу действия схожая с метаматериалами, выполняет роль коллиматора и снижает расходимость пучка до ~10˚.

Так мы можем избавиться от необходимости установки дорогих и громоздких линз», — заключает г-н Капассо.

Рис. 2. Распределение интенсивности излучения лазера на ближнем и дальнем фронте.

Рис. 3. Распределение интенсивности излучения лазера на ближнем и дальнем фронте (без SSP-коллиматора).

Рис. 4. Результат моделирования распределения напряженности электрического поля (|E|) нового лазера.

Рис. 5. Исследователи Mikhail A. Kats, Federico Capasso, and Nanfang Yu (слева направо) демонстрируют возможности своего нового лазера.

Результаты работы опубликованы в статье:

Nanfang Yu, Qi Jie Wang, Mikhail A. Kats, Jonathan A. Fan, Suraj P. Khanna, Lianhe Li, A. Giles Davies, Edmund H. Linfield & Federico Capasso Designer spoof surface plasmon structures collimate terahertz laser beams~// Nature Materials – 2010. – doi:10.1038/nmat2822.

Cтатья подготовлена Филипповым Ю.П. по материалам