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  • Pedazo de pastel:matrices de nanotubos largos pueden ayudar a medir la potencia del láser en terahercios

    "Cupcakes" de matrices de nanotubos de carbono alineadas verticalmente (VANTA) cultivadas en silicio, que aparece azul en la foto. Se puede cortar un trozo de VANTA del silicio con una hoja de afeitar y, usando la hoja como espátula, se mueve fácilmente a la parte superior de un detector de potencia láser. El recubrimiento de nanotubos muy oscuro absorbe la luz láser de terahercios. Crédito:Lehman / NIST

    La radiación de terahercios puede penetrar numerosos materiales:plástico, ropa, papel y algunos tejidos biológicos, lo que lo convierte en un candidato atractivo para aplicaciones como la detección de armas ocultas, inspección de paquetes e imágenes de tumores de piel. Sin embargo, hasta la fecha no existe un método estándar para medir la potencia de salida absoluta de los láseres de terahercios, una fuente de este tipo de radiación. Ahora, Los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han descubierto que las matrices densas de nanotubos de carbono extralargos absorben casi toda la luz de longitudes de onda largas, y, por tanto, son revestimientos prometedores para prototipos de detectores destinados a medir la potencia del láser en terahercios.

    La investigación es parte del esfuerzo del NIST para desarrollar los primeros estándares de referencia para calibrar láseres que operan en el rango de terahercios. desde el infrarrojo lejano en longitudes de onda de 100 micrómetros hasta el borde de la banda de microondas en 1 milímetro.

    "No hay trazabilidad de medición de potencia absoluta para fuentes láser de terahercios, "El líder del proyecto del NIST, John Lehman, dice." Tenemos clientes que solicitan las calibraciones. Este recubrimiento parece viable para los detectores de potencia láser de terahercios ".

    El revestimiento llamado VANTA (matriz de nanotubos de carbono alineados verticalmente), tiene varias propiedades deseables. Lo más obvio, es fácil de manejar. Los nanotubos tienen decenas de micrómetros a más de un milímetro de largo, por lo que una capa densa es visible sin un microscopio. Se puede cortar un trozo de VANTA, levantado y llevado como un trozo de tarta, facilitando la transferencia desde una superficie de silicio donde crecen los tubos a un detector de potencia láser.

    Más importante, el revestimiento es muy oscuro. El equipo del NIST evaluó tres muestras de VANTA con longitudes promedio de 40 y 150 micrómetros y 1,5 milímetros (mm) y descubrió que los tubos más largos reflejan menos luz. La versión de 1,5 mm casi no refleja luz, sólo el 1 por ciento a una longitud de onda de 394 micrómetros. Este resultado, la primera evaluación de la reflectancia de una VANTA a esa longitud de onda de terahercios, indica que prácticamente toda la luz láser que llega se absorbe, lo que permitiría mediciones altamente precisas de la potencia del láser.

    El VANTA de 1,5 mm absorbe más luz que los recubrimientos comparables, como el negro dorado, pero se necesita más trabajo para calcular las incertidumbres y determinar los efectos de factores como el ángulo de luz. El proyecto amplía la larga historia del NIST en mediciones de potencia láser y los recientes avances de Lehman en recubrimientos de nanotubos ultra oscuros.

    Los VANTA también tienen propiedades térmicas deseables. Los investigadores del NIST encontraron que el material absorbe y libera calor rápidamente en comparación con otros recubrimientos negros, lo que hará que los detectores sean más receptivos y más rápidos para producir señales. De lo contrario, un recubrimiento lo suficientemente grueso como para absorber longitudes de onda de luz largas no transmitiría calor de manera eficiente al detector.

    Al desarrollar la capacidad de radiometría láser de terahercios, NIST está construyendo un láser de terahercios diseñado para mediciones de rutina y un detector llamado termopila para medir la potencia del láser. Este diseño de detector simple produce un voltaje cuando se aplica calor a una unión de dos metales diferentes. Los investigadores del NIST utilizaron VANTA para recubrir un prototipo de termopila. Se prevé realizar más investigaciones para diseñar detectores que puedan utilizarse como patrones de referencia.


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