Terahertz-straling kan door tal van materialen heen dringen:plastic, kleding, papier en sommige biologische weefsels, waardoor het een aantrekkelijke kandidaat is voor toepassingen zoals detectie van verborgen wapens, pakketinspectie en beeldvorming van huidtumoren. Echter, tot op heden is er geen standaardmethode voor het meten van het absolute uitgangsvermogen van terahertz-lasers, één bron van dit type straling. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) hebben ontdekt dat dichte arrays van extra lange koolstofnanobuizen bijna al het licht van lange golflengte absorberen, en zijn dus veelbelovende coatings voor prototypedetectoren die bedoeld zijn om terahertz-laservermogen te meten.

Het onderzoek maakt deel uit van NIST's inspanning om de eerste referentiestandaarden te ontwikkelen voor het kalibreren van lasers die werken in het terahertz-bereik, van het verre infrarood bij golflengten van 100 micrometer tot de rand van de microgolfband op 1 millimeter.

"Er is geen meettraceerbaarheid voor absoluut vermogen voor terahertz-laserbronnen, " NIST-projectleider John Lehman zegt. "We hebben klanten die om de kalibraties vragen. Deze coating lijkt haalbaar voor terahertz laservermogensdetectoren."

de bekleding, een VANTA (verticaal uitgelijnde koolstofnanobuisarray) genoemd, heeft een aantal gewenste eigenschappen. Het duidelijkst, het is gemakkelijk te hanteren. De nanobuisjes zijn tientallen micrometers tot meer dan een millimeter lang, dus een dichte laag is zichtbaar zonder een microscoop. Een stuk VANTA kan worden gesneden, opgeheven, en gedragen als een fluitje van een cent, waardoor het gemakkelijk kan worden overgebracht van een siliciumoppervlak waar de buizen zijn gegroeid naar een laservermogensdetector.

Het belangrijkste is, de coating is erg donker. Het NIST-team evalueerde drie VANTA-monsters met een gemiddelde lengte van 40 en 150 micrometer en 1,5 millimeter (mm) en ontdekte dat langere buizen minder licht reflecteren. De 1,5 mm-versie reflecteert bijna geen licht - slechts 1 procent bij een golflengte van 394 micrometer. Dit resultaat, de allereerste evaluatie van de reflectie van een VANTA bij die terahertz-golflengte, geeft aan dat vrijwel al het aankomende laserlicht wordt geabsorbeerd, die zeer nauwkeurige metingen van laservermogen mogelijk zou maken.

De 1.5 mm VANTA absorbeert meer licht dan vergelijkbare coatings zoals goud zwart, maar er is meer werk nodig om onzekerheden te berekenen en effecten van factoren zoals lichthoek te bepalen. Het project verlengt de lange geschiedenis van NIST op het gebied van laservermogensmetingen en de recente vorderingen van Lehman op het gebied van ultradonkere nanobuiscoatings.

VANTA's hebben ook gewenste thermische eigenschappen. NIST-onderzoekers ontdekten dat het materiaal warmte snel absorbeert en afgeeft in vergelijking met andere zwarte coatings, waardoor de detectoren sneller reageren en signalen produceren. Anders, een coating die dik genoeg is om lange golflengten van licht te absorberen, zou de warmte niet efficiënt naar de detector overbrengen.

Bij het ontwikkelen van de mogelijkheid voor terahertz-laserradiometrie, NIST bouwt een terahertz-laser die is ontworpen voor routinemetingen en een detector die een thermozuil wordt genoemd om het vermogen van de laser te meten. Dit eenvoudige detectorontwerp produceert een spanning wanneer warmte wordt toegepast op een kruising van twee ongelijke metalen. NIST-onderzoekers gebruikten de VANTA om een ​​prototype thermozuil te coaten. Verder onderzoek is gepland om detectoren te ontwerpen die als referentiestandaarden kunnen worden gebruikt.