MIT الباحثين مصممة THz للالليزر هو أول ثلاثة الأداء الرئيسية مع تحقيق الليزر الهدف (ثابتة عالية الطاقة، وتضييق الحزم الوضع وضبط التردد واسعة) وبالتالي لديها نطاق واسع في قيمة الاستشعار الكيميائية وتصويرها . عناصر الليزرية يمكن استخدامها لتحقيق الكواكب القادمة مهمة ناسا، تم تصميم مهمة لمعرفة المزيد عن أصول مجرتنا. على الأرض، ويمكن أيضا أن تستخدم خط كهرباء فوتونات الليزر لتحسين الجلد وتصوير الثدي، والكشف عن المخدرات والمتفجرات وما شابه ذلك. وتصميم الرواية من هذا القبيل ليزر تكون أكثر كفاءة في تركيبة مع أشباه الموصلات القائمة على الليزر خط، وإجبارهم على "قفل" أو التذبذب متزامن. هذه النواتج مجتمعة على طول المصفوفة، التي يمكن أن تنتج شعاع عالية القوة وحيدة وجود حد أدنى اختلاف.

الديباج بارك - علوم علوم: واحد تعديل اقتران الليزر يسمح لضبط تردد واسعة، من أجل تحسين دقة القياس والإخلاص. ويقول الباحثون أن يدرك هذه الوسائل أداء ثلاث خفض الضوضاء ودقة أعلى، مما يتيح أكثر موثوقية، والكشف الكيميائي أقل تكلفة والتصوير الطبي. وقد فعلت ذلك في وتيرة ضبط الليزر، أو لتصنيع شعاع ليزر عالي الجودة، أو لإنتاج موجة الليزر المستمر عالية الطاقة. ولكن كل تصميم هو عدم وجود اثنين من العوامل الأخرى. هذه هي المرة الأولى هذه المؤشرات الثلاثة في وقت واحد في القائمة على رقاقة تيراهيرتز ليزر. وKhalatpour مع نشر هذه الورقة هي: جامعة تسينغهوا، أستاذ MIT الشهير في الهندسة الكهربائية وعلوم الحاسوب، وقدم رائدة العمل في الليزر تتالي تيراهيرتز الكم، ومختبرات سانديا الوطنية جون ل رينو (جون L. رينو).

NASA المختارة

وفي العام الماضي، أعلنت وكالة ناسا تلسكوب الطيف ULDB خارج / درب التبانة تيراهيرتز المرصد درب التبانة (GUSTO)، خطط لتلسكوب إطلاق ارتفاعات عالية البالون مجهزة خط الفوتون الليزر في 2021، وتستخدم للكشف عن "وسط ما بين النجوم" (مسألة الكون بين النجوم) الأكسجين والكربون والنيتروجين الانبعاثات. وكميات كبيرة من البيانات التي تم جمعها خلال الأشهر القليلة توفير نظرة ثاقبة ولادة وتطور النجوم ومساعدة جذب المزيد من خرائط درب التبانة ومجرة كبيرة في مكان قريب سحابة ماجلان. ونتيجة لكشف المواد الكيميائية جزءا GUSTO، اختار NASA القائم على أشباه الموصلات الليزر تيراهيرتز الجديد، الذي تم تصميمه من قبل الباحثين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. هذا هو أفضل أداء ليزر تيراهيرتز. هذا الليزر هو مناسبة خاصة لتركيز الإشعاع الكهرومغناطيسي الطيف الأشعة THz للأكسجين تيراهيرتز الفرقة بين الميكروويف والضوء المرئي. متماسك تيراهيرتز ليزر قد تصدر إشعاعات لمادة واحدة، وهذه المواد المستخرجة الطيفية "بصمة". بدرجات متفاوتة من مواد مختلفة تمتص تيراهيرتز الإشعاع، مما يعني أن كل مادة لها بصمة فريدة من نوعها، فإنه يظهر في شكل خطوط طيفية.

وقد صممت الباحثين MIT كان تيراهيرتز ليزر مصغرة أول من تحقيق وقت واحد ثلاثة أهداف الأداء الرئيسية ليزر: عالية الطاقة، شعاع ضيق وضبط التردد واسع. صورة: معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

هذا هو قيمة خاصة في نطاق تيراهيرتز 1-5: على سبيل المثال، للكشف عن الهيروين إشارة المهربة حوالي 1.42 THz لل، و3.94 THz للوالكوكايين إشارة حوالي 1.54 THz لل. على مدى السنوات المختبر هو جين تاو وقد تم تطوير نوع جديد من الليزر الكم شلال، ودعا "خط الفوتون الليزر." والعديد من أشعة الليزر، وهذه الليزر هي ثنائية الاتجاه، وهذا هو، وتنبعث منها الضوء في الاتجاه المعاكس، مما يقلل من قوتها. في الليزر التقليدية، يتم إصلاح هذه المشكلة بسهولة من قبل الجسم ليزر المرايا وضعه بعناية لحلها. ومع ذلك، تيراهيرتز ليزر من الصعب إصلاح، وأشعة تيراهيرتز طويلة، ليزر صغير جدا، لذلك يتم نشر أكثر من ضوء الليزر في المختبر. في GUSTO اختيار الليزر، طور الباحثون من خط الدليل الموجي الليزر (السيطرة على انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في ليزر) تصميم جديد لنقل في اتجاه واحد. وهذا يتيح كفاءة عالية وجودة شعاع، لكنه لا يسمح متطلبات تعديل التردد وكالة ناسا.

التعلم من الكيمياء

على أساس تصميمها قبل، وجه Khalatpour إلهام من مصدر غير متوقع: الكيمياء العضوية. معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) عندما الجامعية، لاحظ Harrap ذرات مرتبة على كلا الجانبين من سلاسل البوليمر طويلة. فهي وسيلة "بي السندات" أن التداخل المداري الجزيئية السندات أكثر استقرارا. استخدم الباحثون مفهوم السندات بي ليزر، وعلاقة وثيقة بين خط مستقلين آخرين على مجموعة الليزر. يسمح النظام الجديد اثنين أو أكثر من خطوط اقتران مقفل الليزر. من أجل تحقيق ضبط التردد، استخدم الباحثون صغيرة "مقبض" لتغيير تيار كل الليزر الخط، والتي سوف تغير قليلا من ضوء الليزر ويشار إلى عن طريق معامل الانكسار. هذا التغيير في معامل الانكسار، عند تطبيقها على الليزر جانب، يولد التردد المستمر تحول إلى التردد المركزي، وأفراد الدراسة في التجربة أنتجت من قبل مجموعة ليزر 10 تتألف من بي خط اقتران.

الليزر هو في مجموعة من حوالي 10 غيغاهرتز ضبط التردد المستمر، وانتاج الطاقة من حوالي 50-90 ميغاواط، وهذا يتوقف على مقدار من مجموعة ليزر بي جانب. تباين شعاع منخفض جدا، فقط 10 درجة، والتي هي المسافة قياس شعاع ضوء خارج التركيز البؤري. الباحثون حاليا في نظام التصوير لبناء ديناميكية يزيد مداها عن 110 ديسيبل، ويمكن استخدام هذا النظام في العديد من تطبيقات التصوير سرطان الجلد. خلايا سرطان الجلد بقوة أكبر من الخلايا السليمة تمتص موجات تيراهيرتز، تيراهيرتز ليزر بالتالي من الممكن كشفها. ومع ذلك، قبل حجم الليزر لهذه المهمة، وانخفاض الكفاءة، وتواتر ليس قابل للتعديل. A حجم رقاقة من الباحثين في مطابقة جهاز الإخراج أو تتجاوز تلك من الليزر، وتوفير الدقيق. ويقول Khalatpour: لديك كل هذه مؤشرات الأداء لديها منصة ...... يمكن أن تحسن بشكل كبير من قدرات التصوير وتوسيع تطبيقه.

وقال UCLA (جامعة كاليفورنيا في لوس انجليس) أستاذ مشارك في الفيزياء والالكترونيات موجة بنيامين وليامز (بنيامين وليامز): هذه هي وظيفة كبيرة - في THz لل(المدى)، فمن الصعب من الوقت نفسه الليزر مع نمط شعاع لا بأس به من مستويات الطاقة العالية. هذا الابتكار هو وسيلة جديدة لربطها معا ليزر متعدد الخطوط. فمن الصعب جدا، لأنه إذا كان كل من الإشعاع مجموعة ليزر ليست مرحلة، ثم نمط شعاع سيتم تدمير. أثبت الآن أنه من خلال أشعة الليزر المناسبة متباعدة خطوط المجاورة، فإنها يمكن أن يكون ذلك حافزا ل"الفاقة" للعمل في متماسكة supermode متماثل - كل منها الإشعاع supermode السنكروترون. وعلاوة على ذلك، وتردد الليزر يمكن ضبطها لطول الموجة المطلوب - وهذا هو التحليل الطيفي والفيزياء الفلكية ميزة هامة.

الديباج بارك - العلوم العلوم الشعبية | البحوث / من: معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

دورية الأدب المرجعي: "الطبيعة الضوئيات"

دوى: 10.1038 / s41566-018-0307-0

الديباج بارك - نقل الفضاء الأميركية والعلوم للملاحة الفضائية