La NASA sta sviluppando un nuovo tipo di rivelatore che fornirà informazioni sulla formazione e la struttura dell'universo. Molte delle interazioni radiative e meccaniche che modellano il mezzo interstellare delle galassie e guidano l'evoluzione galattica (ad es. onde d'urto da venti e getti stellari, esplosioni di supernova, ecc.) si osservano meglio nella regione spettrale di 4.744 terahertz (THz) per la linea dell'ossigeno. Le osservazioni di questa riga spettrale sono state eseguite raramente, però, perché la frequenza di 4,744 THz è oltre la portata della maggior parte degli oscillatori locali esistenti che operano in ricevitori eterodina abbastanza sensibili da fare tali osservazioni. Un team sponsorizzato dalla NASA presso il Massachusetts Institute of Technology (MIT) sta lavorando per far progredire le tecnologie che consentiranno alle prossime missioni della NASA di includere ricevitori che osservano questa importante linea spettrale.

Il rilevamento dell'eterodina confronta il segnale luminoso in ingresso con una luce di riferimento da un oscillatore locale (LO). Le sfide chiave di questo progetto sono aumentare la potenza di uscita LO dal livello attualmente ottenibile di da <1 mW a 5 mW, e aumentare la temperatura operativa da ~10 K dimostrata in laboratorio a ~40 K, una temperatura che può essere adattata da un osservatorio spaziale o suborbitale. Per realizzare Il grande circuito a sinistra è un progetto ASIC precedente. I tre segmenti rettangolari forniscono tre ingressi antenna, supporto di quattro canali da 20 MHz, e richiedono circa 5 W di potenza. A destra c'è il nuovo chip ASIC. Aggiungendo alcuni piccoli componenti, come connettori, fornirà tre ingressi per l'antenna, con l'equivalente di dodici canali a 40 MHz, e richiedono solo 1 W di potenza. (Credito immagine:Michael Shaw, GigaOptics, Inc.) 12 | 2017 SMD Technology mette in evidenza questi obiettivi, il team del progetto sta sviluppando oscillatori locali basati su laser a cascata quantica THz (QCL), che può pompare un array di ricevitori eterodina a sette elementi. Questi oscillatori locali devono emettere radiazioni a frequenza singola con una buona purezza spettrale (larghezza di riga ridotta <1 MHz a 4,7 THz), che può essere ottenuto solo utilizzando strutture a reticolo Distributed-FeedBack (DFB). Il team ha studiato tre diverse strutture DFB per un potenziale utilizzo nel ricevitore e ha selezionato l'opzione migliore, che ha un fascio di luce unidirezionale (irradia solo in avanti) con livelli di potenza di uscita elevati.

Un array di ricevitori in grado di osservare la frequenza di 4,744 THz fornirà informazioni nuove e uniche sull'interrelazione tra stelle e gas in un'ampia gamma di ambienti galattici ed extragalattici. La NASA prevede di distribuire ricevitori che utilizzano questa tecnologia nella prossima missione GUSTO (Galactic/Extragalactic Ultralong-Duration Balloon Spectroscopic Terahertz Observatory), un carico utile a palloncino di lunga durata previsto per il lancio nel 2021. La tecnologia ha anche potenziali applicazioni per la prossima missione dell'Osservatorio Far-Infrared ad apertura singola (SAFIR), un grande telescopio spaziale criogenico concepito come un seguito dello Spitzer Space Telescope e dell'Herschel Space Observatory. Oltre all'astrofisica, I THz QCL saranno utili in un'ampia gamma di applicazioni in aree quali sicurezza, rilevamento biochimico, e l'imaging biomedico.

Nel futuro prossimo, il team svilupperà oscillatori locali pronti per il volo per missioni suborbitali come GUSTO. A lungo termine, il lavoro riguarderà lo sviluppo di oscillatori locali per osservatori spaziali come SAFIR, che coinvolgerà dispositivi con requisiti prestazionali ancora più elevati.