100 milliárd kapcsolás / másodperc

A terahertzes kvantum-kaszkád lézereket az a tény különbözteti meg a többi lézertől, hogy fényt bocsátanak ki az elektromágneses frekvenciatartomány terahertzes régióiban. Alkalmazzák őket a spektroszkópia területén is, ahol kémiai elemzéseknél használatosak.

Annak érdekében, hogy ilyen megnövekedett sebességgel tudjanak adatokat küldeni, a lézereket nagyon gyorsan kell modulálni: ez másodpercenként körülbelül 100 milliárdszor történő be- és kikapcsolást, vagy másképp fogalmazva, pulzálást jelent. A mérnökök és a tudósok eddig adósok maradtak egy erre szolgáló hatékony módszer kifejlesztésével.

Most, a Leeds-i Egyetem és Nottingham Egyetemének tudósai áttörést értek el a terahertzes kvantum-kaszkád lézerek irányításában, ami másodpercenként 100 gigabites sebességű adatátvitelhez vezethet. Ehhez kombinálták az akusztikus- és a fény-hullámokat.

John Cunningham, a Leeds-i Egyetem nanoelektronika professzora elmondta: „Ez izgalmas kutatás. Jelenleg a kvantum-kaszkád lézer modulálására szolgáló rendszer elektromosan vezérelt - de ennek a rendszernek megvannak a korlátai. Ironikus módon, ugyanaz az elektronika, amely a modulációt biztosítja, általában fékezi a moduláció sebességét. Az általunk fejlesztett mechanizmus inkább akusztikus hullámokra támaszkodik.„

Kvantum-kút

A kvantum kút egy potenciális kút, amely csak diszkrét energiaértékeket tartalmaz. A kvantumkút demonstrálására használt klasszikus modell az, hogy a részecskék, amelyek kezdetben szabadon mozogtak három dimenzióban, két dimenzióba kerültek, és egy sík terület elfoglalására kényszerítették őket.

A kvantum-fogság akkor fordul elő, amikor a kvantum-kút vastagsága összehasonlíthatóvá válik a hordozók (általában elektronok és lyukak) de Broglie-hullámhosszával, és olyan energiaszintekhez vezet, amelyeket "energia alsávoknak" hívunk, azaz a töltéshordozóknak csak diszkrét energiaértékei lehetnek.

Külső elektronika helyett tehát a kutatók akusztikus hullámokat használtak a kvantum kutak rezgésbe hozására, a kvantum-kaszkád lézerben. Az akusztikus hullámokat egy újabb lézerből származó impulzus alumínium filmmel történő ütközése hozta létre. Ez a behatás a film tágulását és összehúzódását eredményezte, mechanikus hullámot generálva és továbbítva a kvantum-kaszkád lézeren keresztül.

Tony Kent, a Nottinghami Egyetem fizika professzora elmondta: „Alapvetően arra használtuk fel az akusztikus hullámot, felrázzuk a bonyolult elektronikus állapotokat a kvantum-kaszkád lézerben. Amikor ezt megtettük, láttuk, hogy az akusztikus hullám megváltoztatta a terahertzes lézer fény-kibocsátását.

Még nem tartunk ott, hogy tetszés szerint megállíthatnánk és újraindíthatnánk az áramlást, de néhány százalék erejéig képesek voltunk ellenőrzés alá vonni a fényteljesítményt, ami nagyszerű kezdet.

"Úgy véljük, hogy a továbbiakban új mechanizmust tudunk kifejleszteni a lézerből származó fotonkibocsátás teljes szabályozására, és talán még a hangot létrehozó struktúrákat is integrálhatjuk a terahertzes lézerbe, megszüntetve a külső hangforrás igényét.”

- tette hozzá Cunningham professzor. Az eredményeket február közepén tették közzé a Nature Communications tudományos folyóiratban.

(Forrás: TechExplorist Képek: UOL, Wikipedia, Pikrepo)