I ricercatori della Northwestern University hanno progettato un pettine di frequenza del laser a cascata quantica (QCL) che è notevolmente più efficiente delle precedenti iterazioni.

Guidati da Manijeh Razeghi, i ricercatori del Center for Quantum Devices della Northwestern hanno progettato teoricamente e sintetizzato sperimentalmente un nuovo, materiale dell'emettitore deformato. Realizzato con il nuovo materiale, il pettine di frequenza QCL compatto è un ordine di grandezza più efficiente ed emette più di quattro volte la potenza di uscita rispetto a tutte le precedenti dimostrazioni.

Il pettine di frequenza QCL di Razeghi opera nella regione spettrale dell'infrarosso, che è utile per rilevare molti tipi diversi di sostanze chimiche, comprese le emissioni industriali, esplosivi, e agenti di guerra chimica.

"Stiamo assistendo all'inizio di una vera rivoluzione nella tecnologia dei sensori di gas compatti, " disse Razeghi, Walter P. Murphy Professore di ingegneria elettrica e informatica presso la McCormick School of Engineering della Northwestern. "Immaginate un sistema portatile in grado di rilevare tracce di sostanze chimiche pericolose in una frazione di secondo".

Con il sostegno della National Science Foundation, Dipartimento di Sicurezza Nazionale, Comando dei Sistemi Aerei Navali, e NASA, la ricerca è stata pubblicata online oggi in Rapporti scientifici .

Un giocatore rivoluzionario nella scienza fondamentale, un pettine di frequenza è una sorgente luminosa che emette uno spettro contenente una serie di discreti, linee di frequenza equidistanti. L'esatta spaziatura delle frequenze è la chiave per manipolare la luce per varie applicazioni e ha portato a nuove tecnologie in diversi campi, compresa la medicina, comunicazioni, e astronomia. Oggi, pettini di frequenza abbracciano vaste frequenze di luce da terahertz a visibile a ultravioletto estremo.

"Poiché il pettine a frequenza diretta è stato generato utilizzando un laser a femtosecondi in modalità bloccata negli anni '90, varie tecniche sono state utilizzate per produrre pettini di frequenza, " Ha detto Razeghi. "Ma ciascuna di queste tecniche richiede più componenti ottici. Questo non è né compatto né conveniente."

Il lavoro di Razeghi ha permesso di generare un pettine di frequenza da un unico componente optoelettronico lungo pochi millimetri. Il pettine di frequenza QCL risultante è incredibilmente compatto ed emette più di 300 linee di frequenza equidistanti, che copre un raggio di 130 centimetri.

"Il sistema si basa su un componente producibile in serie senza parti in movimento, " Razeghi ha detto "che è interessante sia in termini di costi che di durata."

Il gruppo di Razeghi è attualmente alla ricerca di modi per aumentare ulteriormente la gamma spettrale dei suoi pettini di frequenza QCL. Ciò include la ricerca di modi per creare una scala di chip, temperatura ambiente, pettine a frequenza terahertz, che consentirebbe nuove applicazioni nella valutazione di pacchetti non distruttivi e nell'imaging biomedico.