NASA ontwikkelt een nieuw type detector dat inzicht zal geven in de vorming en structuur van het heelal. Veel van de stralings- en mechanische interacties die het interstellaire medium van sterrenstelsels vormen en de galactische evolutie aandrijven (bijv. schokgolven van stellaire winden en jets, supernova-explosies, enz.) worden het best waargenomen in het 4.744 terahertz (THz) spectraalgebied voor de zuurstoflijn. Waarnemingen van deze spectraallijn zijn zelden uitgevoerd, echter, omdat de 4,744-THz-frequentie buiten het bereik ligt van de meeste bestaande lokale oscillatoren die werken in heterodyne ontvangers die gevoelig genoeg zijn om dergelijke waarnemingen te doen. Een door NASA gesponsord team van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) werkt aan het bevorderen van technologieën die toekomstige NASA-missies in staat zullen stellen om ontvangers op te nemen die deze belangrijke spectraallijn waarnemen.

Heterodyne detectie vergelijkt het binnenkomende lichtsignaal met een referentielicht van een lokale oscillator (LO). De belangrijkste uitdagingen van dit project zijn om het LO-uitgangsvermogen te verhogen vanaf het momenteel haalbare niveau van <1 mW tot 5 mW, en om de bedrijfstemperatuur te verhogen van een in het laboratorium aangetoonde ~ 10 K tot ~ 40 K - een temperatuur die kan worden opgevangen door een ruimtegebaseerd of suborbitaal observatorium. Om dit te bereiken De grote printplaat aan de linkerkant is een eerder ASIC-ontwerp. De drie rechthoekige segmenten bieden drie antenne-ingangen, ondersteuning van vier 20-MHz kanalen, en vereisen ongeveer 5 W vermogen. Aan de rechterkant is de nieuwe ASIC-chip. Door een paar kleine componenten toe te voegen, zoals connectoren, het zal drie antenne-ingangen bieden, met het equivalent van twaalf 40-MHz kanalen, en hebben slechts 1 W vermogen nodig. Krediet:Michael Shaw, GigOptics, Inc.) 12 | 2017 SMD-technologie benadrukt deze doelstellingen, het projectteam ontwikkelt lokale oscillatoren op basis van THz quantum-cascade lasers (QCL), die een zeven-element heterodyne ontvangerarray kan pompen. Deze lokale oscillatoren moeten straling met één frequentie uitzenden met een goede spectrale zuiverheid (smalle lijnbreedte <1 MHz bij 4,7 THz), die alleen kan worden bereikt met behulp van Distributed-FeedBack (DFB) roosterstructuren. Het team onderzocht drie verschillende DFB-structuren voor mogelijk gebruik in de ontvanger en selecteerde de beste optie, die een unidirectioneel bundelpatroon heeft (het straalt alleen in de voorwaartse richting) met hoge uitgangsvermogensniveaus.

Een ontvangerarray die de frequentie van 4,744-THz kan waarnemen, zal nieuwe en unieke inzichten verschaffen in de onderlinge relatie van sterren en gas in een breed scala van galactische en extragalactische omgevingen. NASA is van plan ontvangers in te zetten die deze technologie gebruiken tijdens de komende GUSTO-missie (Galactic/Extragalactic Ultralong-Duration Balloon Spectroscopic Terahertz Observatory), een langdurige ballonlading die in 2021 gelanceerd moet worden. De technologie heeft ook potentiële toepassingen voor de aanstaande missie Single Aperture Far-Infrared Observatory (SAFIR), een grote cryogene ruimtetelescoop bedoeld als een vervolg op de Spitzer Space Telescope en de Herschel Space Observatory. Naast astrofysica, THz QCL's zullen nuttig zijn in een breed scala aan toepassingen op gebieden zoals beveiliging, biochemische detectie, en biomedische beeldvorming.

In de nabije toekomst, het team zal vluchtklare lokale oscillatoren ontwikkelen voor suborbitale missies zoals GUSTO. Op de lange termijn, het werk omvat de ontwikkeling van lokale oscillatoren voor in de ruimte gestationeerde observatoria zoals SAFIR, waarbij apparaten met nog hogere prestatie-eisen betrokken zullen zijn.