Et stykke kage:Arrays af lange nanorør kan hjælpe med at måle terahertz lasereffekt

Terahertz -stråling kan trænge igennem mange materialer - plast, tøj, papir og nogle biologiske væv - hvilket gør det til en attraktiv kandidat til applikationer som skjulte våbendetektion, pakkeinspektion og billeddannelse af hudtumorer. Imidlertid, til dato er der ingen standardmetode til at måle den absolutte udgangseffekt af terahertz-lasere, en kilde til denne type stråling. Nu, forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) har fundet ud af, at tætte arrays af ekstra lange kulstofnanorør absorberer næsten alt lys med lange bølgelængder, og er således lovende belægninger til prototypedetektorer beregnet til at måle terahertz lasereffekt.

Forskningen er en del af NISTs bestræbelser på at udvikle de første referencestandarder for kalibrering af lasere, der opererer i terahertz -området, fra det fjerne infrarøde ved bølgelængder på 100 mikrometer til kanten af ​​mikrobølgebåndet ved 1 millimeter.

"Der er ingen målesporbarhed for absolut effekt for terahertz-laserkilder, "NIST -projektleder John Lehman siger." Vi har kunder, der beder om kalibreringerne. Denne belægning ser levedygtig ud til terahertz lasereffektdetektorer."

Belægningen, kaldet en VANTA (lodret aligned carbon nanotube array), har flere ønskelige egenskaber. Mest åbenlyst, den er nem at håndtere. Nanorørene er snesevis af mikrometer til over en millimeter lange, så et tæt lag er synligt uden et mikroskop. En del VANTA kan skæres, løftet, og båret som et stykke kage, gør det nemt at overføre fra en siliciumoverflade, hvor rørene dyrkes, til en lasereffektdetektor.

Mest vigtigt, belægningen er meget mørk. NIST-holdet evaluerede tre VANTA-prøver med gennemsnitlige længder på 40 og 150 mikrometer og 1,5 millimeter (mm) og fandt ud af, at længere rør reflekterer mindre lys. 1,5 mm-versionen reflekterer næsten intet lys - kun 1 procent ved en bølgelængde på 394 mikrometer. Dette resultat, den første nogensinde evaluering af en VANTAs reflektans ved den terahertz-bølgelængde, indikerer, at stort set alt indkommende laserlys absorberes, hvilket ville muliggøre meget nøjagtige målinger af lasereffekt.

1,5 mm VANTA absorberer mere lys end sammenlignelige belægninger såsom guldsort, men der er behov for mere arbejde for at beregne usikkerheder og bestemme effekter af faktorer som lysvinkel. Projektet forlænger NIST's lange historie inden for lasereffektmålinger og Lehmans seneste fremskridt inden for ultradark nanorørbelægninger.

VANTA'er har også ønskelige termiske egenskaber. NIST-forskere fandt ud af, at materialet absorberer og frigiver varme hurtigt sammenlignet med andre sorte belægninger, hvilket vil gøre detektorerne mere lydhøre og hurtigere til at producere signaler. Ellers, en belægning tyk nok til at absorbere lange bølgelængder af lys ville ikke effektivt overføre varme til detektoren.

Ved at udvikle kapaciteten til terahertz laserradiometri, NIST bygger en terahertz-laser designet til rutinemålinger og en detektor kaldet en termopæl til at måle laserens effekt. Dette enkle detektordesign producerer en spænding, når der påføres varme på et kryds mellem to forskellige metaller. NIST -forskere brugte VANTA til at belægge en prototype termopil. Der er planlagt yderligere forskning for at designe detektorer, der kan bruges som referencestandarder.