Metapinnan avulla terahertsilaseri

University of California, Los Angeles (UCLA) tutkijat ovat löytäneet uuden tavan tehdä terahertsien taajuuksilla toimiva puolijohdelaser.

Terahertsien taajuusalue on sähkömagneettisessa spektrissä mikroaaltojen ja infrapunan välissä. Terahertsiaaltoja käyttäen voidaan analysoida muoveja, vaatteita, puolijohteita ja taideteoksia vahingoittamatta tutkittavia materiaaleja sekä tehdä kemiallista tunnistusta.

UCLA tutkijat Benjamin Williamsin johtamana ovat luoneet ensimmäisen pystysuoran ulkoisen ontelon pinta-säteilevän laserin (VECSEL), joka toimii terahertsialueella. Vastaavia käytetään näkyvän valon alueella ja niitä on käytetty tuottamaan suuritehoisia säteitä, mutta tekniikkaa ei ole aiemmin on mukautettu terahertsien taajuuksille.

UCLA tutkijat loivat VECSEL:in joka perustuu "heijastinryhmä metapinta peiliin." Rakenne koostuu useiden pienten antennikytkettyjen laseronteloiden ryhmästä, johon terahertsiaalto osuessaan, ei "näe" onteloita, vaan heijastuu aivan kuin tasaisesta peilistä. Samalla se kuitenkin vahvistaa terahertsiaaltoja.

"Tämä on ensimmäinen kerta, kun metapinta ja laser on yhdistetty", toteaa Williams. "VECSEL lähestymistapa tarjoaa tavan saada suurempi antoteho samanaikaisesti erinomaisen säteen laadun kanssa terahertsien alueella. Lähestymistapana metapinta mahdollistaa edelleen muokata sädettä haluttuun polarisaatioon, muotoon ja spektrisiin ominaisuuksiin."

Säteen luominen, joka on symmetrinen ja suora pitkille matkoille ja muuttuvissa lämpöolosuhteissa on haaste monille puolijohdelasereille, mutta erityisesti terahertsien kvanttikaskadilasereille, joissa yleensä käytetään metallisia laserkaviteetteja, joiden mitat paljon pienempiä kuin aallonpituus.

Luyao Xu, jatkotutkija Williamsin labrassa ja johtava tekijä tutkimuksessa, toteaa: "Käyttämällä tätä vahvistavaa metapintaa osana ulkoista onkaloa, voimme paitsi parantaa valokeilaa, mutta myös ottaa käyttöön uusia toimintoja erilaisilla onteloiden malleilla.

Esimerkiksi käyttämällä vapaasti seisovaa lankaverkkomaista polarisaatiosuodinta, tai suodatinta toisena peilinä, voisimme optimoida laserin lähtötehon ja tehokkuuden yksinkertaisesti kiertämällä polarisaattoria.