Современные полупроводниковые материалы не позволяют создать компактные лазеры с рабочим диапазоном от одного до десяти терагерц. Но именно этот диапазон требуется для взгляда «сквозь стену» — для дистанционного обнаружения и даже определения химического состава скрытых взрывчатых веществ, наркотиков или для выявления онкологических опухолей. Решение нащупали исследователи из США, что позволило создать довольно компактный терагерцевый лазер.

Портативный терагерцовый лазер на термоохладителе. Источник изображения: MIT

Учёные из Массачусетского технологического института (MIT) разработали многослойную комбинацию из полупроводниковых материалов, которая позволила создать компактный терагерцевый лазер, работающий на частоте 4 ТГц. Это так называемый квантово-каскадный лазер, в котором источником излучения служат электроны при переходе от слоя к слою в многослойном полупроводнике.

Исследователи поместили слой арсенида галлия между двумя слоями арсенида алюминия-галлия с повышенным содержанием алюминия. Концентрация материалов и толщина слоёв подобраны таким образом, что при переходе между слоями электрон излучал электромагнитную волну в диапазоне 4 ТГц. Что важно, излучатель работал при температуре охлаждения на уровне -23 °C, тогда как до этого терагерцевое излучение в подобных гетероструктурах можно было получить только при охлаждении до -73 °C. Минус -23 °C — это то, что даёт надежду на создание портативных установок, хотя для создания ручных и компактных терагерцевых сканеров необходимо заставить их работать при комнатной температуре.

Увеличенное изображение излучающей структуры лазера. Источник изображения: MIT

По словам учёных, подбирая размеры слоёв можно создать лазеры с длиной волны от двух до семи терагерц. Разработчики сетей 6G, кстати, тоже надеются на компактные полупроводниковые терагерцевые лазеры. Такие лазеры, работающие в дальнем инфракрасном диапазоне, смогут передавать данные со скоростью триллион бит в секунду по одному волокну.