Nyt design resulterer i kompakt, højeffektiv frekvenskam

Northwestern University forskere har designet en quantum cascade laser (QCL) frekvenskam, der er dramatisk mere effektiv end tidligere iterationer.

Anført af Manijeh Razeghi, forskere i Northwestern's Center for Quantum Devices teoretisk designet og eksperimentelt syntetiseret en ny, belastningsfremstillet emittermateriale. Lavet med det nye materiale, den kompakte QCL -frekvenskam er en størrelsesorden mere effektiv og udsender mere end fire gange udgangseffekten end alle tidligere demonstrationer.

Razeghis QCL -frekvenskam fungerer i det infrarøde spektrale område, som er nyttig til påvisning af mange forskellige slags kemikalier, herunder industrielle emissioner, sprængstof, og kemiske krigsførelsesmidler.

"Vi ser begyndelsen på en sand revolution inden for kompakt gassensorteknologi, "sagde Razeghi, Walter P. Murphy Professor i elektroteknik og datalogi i Northwestern's McCormick School of Engineering. "Forestil dig et håndholdt system, der kan detektere spormængder af farlige kemikalier på en brøkdel af et sekund."

Understøttet af National Science Foundation, Department of Homeland Security, Naval Air Systems Command, og NASA, forskningen blev offentliggjort online i dag i Videnskabelige rapporter .

En revolutionær spiller inden for fundamental videnskab, en frekvenskam er en lyskilde, der udsender et spektrum, der indeholder en række diskrete, lige store frekvenslinjer. Den nøjagtige afstand mellem frekvenser er nøglen til at manipulere lys til forskellige applikationer og har ført til nye teknologier på forskellige områder, herunder medicin, kommunikation, og astronomi. I dag, frekvenskamme spænder over store lysfrekvenser fra terahertz til synligt til ekstremt ultraviolet.

"Da den direkte frekvenskam blev genereret ved hjælp af en mode-låst femtosekundlaser i 1990'erne, forskellige teknikker er blevet brugt til at producere frekvenskamme, "Razeghi sagde." Men hver af disse teknikker kræver flere optiske komponenter. Dette er hverken kompakt eller praktisk. "

Razeghis arbejde har gjort det muligt at generere en frekvenskam fra en enkelt optoelektronisk komponent, der kun er et par millimeter i længden. Den resulterende QCL -frekvenskam er utrolig kompakt og udsender mere end 300 frekvenslinjer med lige store mellemrum, spænder over et område på 130 centimeter.

"Systemet er baseret på en masseproducerbar komponent uden bevægelige dele, "Sagde Razeghi, "hvilket er attraktivt med hensyn til både omkostninger og holdbarhed."

Razeghis gruppe leder i øjeblikket efter måder at øge spektralområdet for sine QCL -frekvenskamme yderligere. Dette omfatter søgning efter måder at lave en chip-skala, stuetemperatur, terahertz frekvenskam, hvilket ville muliggøre nye applikationer inden for ikke-destruktiv pakkeevaluering og biomedicinsk billeddannelse.