Onderzoekers van de Northwestern University hebben een frequentiekam voor kwantumcascadelasers (QCL) ontworpen die aanzienlijk efficiënter is dan eerdere iteraties.

Onder leiding van Manijeh Razeghi, onderzoekers in Northwestern's Center for Quantum Devices hebben theoretisch een nieuwe, door een spanning ontworpen emittermateriaal. Gemaakt met het nieuwe materiaal, de compacte QCL-frequentiekam is een orde van grootte efficiënter en straalt meer dan vier keer het uitgangsvermogen uit dan alle eerdere demonstraties.

Razeghi's QCL-frequentiekam werkt in het infrarode spectrale gebied, die handig is voor het detecteren van veel verschillende soorten chemicaliën, inclusief industriële emissies, explosieven, en chemische oorlogsvoering agenten.

"We zien het begin van een ware revolutie in compacte gassensortechnologie, " zei Razeghi, Walter P. Murphy Hoogleraar elektrotechniek en computerwetenschappen aan de McCormick School of Engineering van Northwestern. "Stel je een handheld-systeem voor dat in een fractie van een seconde sporen van gevaarlijke chemicaliën kan detecteren."

Ondersteund door de National Science Foundation, Ministerie van Binnenlandse Veiligheid, Naval Air Systems Commando, en NASA, het onderzoek is vandaag online gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .

Een revolutionaire speler in de fundamentele wetenschap, een frequentiekam is een lichtbron die een spectrum uitzendt dat een reeks discrete, gelijk verdeelde frequentielijnen. De exacte afstand van frequenties is de sleutel tot het manipuleren van licht voor verschillende toepassingen en heeft geleid tot nieuwe technologieën op diverse gebieden, inclusief medicijnen, communicatie, en astronomie. Vandaag, frequentiekammen overspannen enorme lichtfrequenties van terahertz tot zichtbaar tot extreem ultraviolet.

"Aangezien de directe frequentiekam werd gegenereerd met behulp van een femtoseconde laser met modusvergrendeling in de jaren negentig, verschillende technieken zijn gebruikt om frequentiekammen te produceren, " zei Razeghi. "Maar voor elk van deze technieken zijn meerdere optische componenten nodig. Dit is niet compact en niet handig."

Razeghi's werk heeft het mogelijk gemaakt om een ​​frequentiekam te genereren uit een enkele opto-elektronische component van slechts enkele millimeters lang. De resulterende QCL-frequentiekam is ongelooflijk compact en zendt meer dan 300 frequentielijnen op gelijke afstand uit, met een bereik van 130 centimeter.

"Het systeem is gebaseerd op een in massa te produceren onderdeel zonder bewegende delen, "Razeghi zei, "wat zowel qua kosten als qua duurzaamheid aantrekkelijk is."

De groep van Razeghi is momenteel op zoek naar manieren om het spectrale bereik van zijn QCL-frequentiekammen verder te vergroten. Dit omvat het zoeken naar manieren om een ​​chipschaal te maken, kamertemperatuur, terahertz frequentiekam, die nieuwe toepassingen in niet-destructieve pakketevaluatie en biomedische beeldvorming mogelijk zou maken.