Теперь исследователи из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук им. Джона А. Полсона (SEAS) изучают возможность использования гребенки инфракрасных частот для генерации неуловимых терагерцовых частот. Эти частоты — которые лежат в электромагнитном спектре между радиоволнами и инфракрасным светом — давно обещали преобразовать связь и зондирование, но их очень сложно найти.
Используя недавно обнаруженное состояние лазера, исследователи SEAS обнаружили гребенку инфракрасных частот в квантовом каскадном лазере, который предлагает новый способ генерации терагерцовых частот.Эта новая система, получившая название «гребенка гармонических частот», создает спектр зубцов с расстоянием в десятки раз большим, чем у традиционных гребенок. Большой, но точный интервал позволяет этим режимам света сочетаться друг с другом для получения исключительно чистых терагерцовых тонов.Исследование описано в Nature Photonics.
«Открытие гармонического состояния квантовых каскадных лазеров является неожиданным с точки зрения лазерной физики», — сказал Федерико Капассо, профессор прикладной физики Роберта Л. Уоллеса и старший научный сотрудник по электротехнике Винтона Хейса и старший автор статьи. «До недавнего времени считалось, что многомодовые лазеры обычно генерируют лазеры на всех возможных частотах резонатора. В гармоническом состоянии многие частоты резонатора пропускаются. Еще более примечательно то, что это открытие открывает непредвиденные возможности в неиспользуемых областях электромагнитного поля. спектр, терагерц ".
В традиционных частотных гребенках зубы разделены небольшой частотой, обусловленной характерной длиной лазерного резонатора, то есть зубы расположены близко друг к другу. Гребенка гармонических частот, однако, может использовать большее число, кратное этой частоте.«С помощью этого нового режима гребенки мы можем обойти строгие ограничения, установленные длиной резонатора, и достичь беспрецедентной степени гибкости в области частотных гребенок квантового каскадного лазера», — сказал Марко Пиккардо, научный сотрудник лаборатории Капассо и соавтор. Автор статьи.
Ключом к исследованию было доказательство того, что эти широко расставленные зубы действительно были равноудалены. Используя другую эталонную гребенку, команда смогла изучить спектр гармонической частотной гребенки с очень высоким разрешением.«Мы показываем, что линии равноудалены с погрешностью всего 300 герц, что дает количественную оценку относительной точности этого измерения до пяти частей на триллион», — сказал Дмитрий Казаков, стажер-исследователь в группе Капассо и соавтор исследования. бумага. «Это как если бы можно было измерить расстояние от Земли до Луны и отклониться на расстояние меньше толщины человеческого волоса».
В большинстве современных генераторов терагерцового диапазона используются большие сложные оптические системы, работающие при почти нулевых температурах, для получения терагерцовых частот. Гребенка гармонических частот работает при комнатной температуре, использует коммерческие квантовые каскадные лазеры и самозапускается, что означает, что лазер может автоматически переключаться в этот режим, когда в устройство подается электрический ток.
«Это открывает совершенно новые возможности применения частотных гребенок, особенно в беспроводной связи», — сказал Капассо. «Мы прогнозируем, что в ближайшем будущем этот режим гребенчатой связи позволит создать новый класс модемов в масштабе микросхемы, работающий на терагерцовых частотах, удовлетворяя постоянно растущий потребительский спрос на высокоскоростную цифровую связь».