Onderzoekers hebben een doorbraak bereikt in de controle van terahertz-kwantumcascadelasers, wat zou kunnen leiden tot de overdracht van gegevens met een snelheid van 100 gigabit per seconde - ongeveer duizend keer sneller dan een snel Ethernet dat werkt met 100 megabit per seconde.

Wat terahertz-kwantumcascadelasers onderscheidt van andere lasers, is het feit dat ze licht uitstralen in het terahertz-bereik van het elektromagnetische spectrum. Ze hebben toepassingen op het gebied van spectroscopie waar ze worden gebruikt in chemische analyse.

De lasers kunnen uiteindelijk ook ultrasnelle, draadloze korte-hop verbindingen waar grote datasets moeten worden overgedragen over ziekenhuiscampussen of tussen onderzoeksfaciliteiten op universiteiten - of in satellietcommunicatie.

Om gegevens met deze verhoogde snelheden te kunnen verzenden, de lasers moeten zeer snel worden gemoduleerd:aan- en uitzetten of ongeveer 100 miljard keer per seconde pulseren.

Ingenieurs en wetenschappers zijn er tot nu toe niet in geslaagd een manier te ontwikkelen om dit te bereiken.

Een onderzoeksteam van de Universiteit van Leeds en de Universiteit van Nottingham gelooft dat ze een manier hebben gevonden om ultrasnelle modulatie te leveren, door de kracht van akoestische en lichtgolven te combineren. Ze hebben hun bevindingen vandaag gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

John Cunningham, Hoogleraar nano-elektronica in Leeds, zei:"Dit is opwindend onderzoek. Op dit moment, het systeem voor het moduleren van een kwantumcascadelaser is elektrisch aangedreven, maar dat systeem heeft beperkingen.

"Ironisch, dezelfde elektronica die de modulatie levert, remt meestal de snelheid van de modulatie. Het mechanisme dat we aan het ontwikkelen zijn, is in plaats daarvan gebaseerd op akoestische golven."

Een kwantumcascadelaser is zeer efficiënt. Als een elektron door de optische component van de laser gaat, het gaat door een reeks 'kwantumbronnen' waar het energieniveau van het elektron daalt en een foton of lichtpuls wordt uitgezonden.

Eén elektron is in staat meerdere fotonen uit te zenden. Het is dit proces dat tijdens de modulatie wordt gecontroleerd.

In plaats van externe elektronica te gebruiken, de teams van onderzoekers van de universiteiten van Leeds en Nottingham gebruikten akoestische golven om de kwantumbronnen in de kwantumcascadelaser te laten trillen.

De akoestische golven werden gegenereerd door de impact van een puls van een andere laser op een aluminiumfilm. Dit zorgde ervoor dat de film uitzet en samentrekt, een mechanische golf door de kwantumcascadelaser sturen.

Tony Kent, Professor in de natuurkunde aan Nottingham zei:"In wezen, wat we deden was de akoestische golf gebruiken om de ingewikkelde elektronische toestanden in de kwantumcascadelaser te schudden. We konden toen zien dat de terahertz-lichtopbrengst werd veranderd door de akoestische golf."

Professor Cunningham voegde toe:"We hebben geen situatie bereikt waarin we de stroom volledig konden stoppen en starten, maar we konden de lichtopbrengst met een paar procent regelen, wat een goed begin is.

"Wij geloven dat met verdere verfijning, we zullen een nieuw mechanisme kunnen ontwikkelen voor volledige controle van de fotonenemissies van de laser, en misschien zelfs structuren die geluid genereren integreren met de terahertz-laser, zodat er geen externe geluidsbron nodig is."

Professor Kent zei:"Dit resultaat opent een nieuw gebied voor natuurkunde en techniek om samen te komen in de verkenning van de interactie van terahertz-geluid en lichtgolven, die echte technologische toepassingen kunnen hebben."