La NASA está desarrollando un nuevo tipo de detector que proporcionará información sobre la formación y estructura del universo. Muchas de las interacciones radiativas y mecánicas que dan forma al medio interestelar de las galaxias e impulsan la evolución galáctica (por ejemplo, ondas de choque de vientos estelares y chorros, explosiones de supernovas, etc.) se observan mejor en la región espectral de 4.744 terahercios (THz) para la línea de oxígeno. Rara vez se han realizado observaciones de esta línea espectral, sin embargo, porque la frecuencia de 4.744 THz está fuera del alcance de la mayoría de los osciladores locales existentes que operan en receptores heterodinos lo suficientemente sensibles como para realizar tales observaciones. Un equipo patrocinado por la NASA en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) está trabajando para avanzar en tecnologías que permitirán que las próximas misiones de la NASA incluyan receptores que observen esta importante línea espectral.

La detección heterodina compara la señal de luz entrante con una luz de referencia de un oscilador local (LO). Los desafíos clave de este proyecto son aumentar la potencia de salida de LO desde el nivel actualmente alcanzable de <1 mW a 5 mW, y aumentar la temperatura de funcionamiento de ~ 10 K a ~ 40 K demostrada en laboratorio, una temperatura que puede adaptarse a un observatorio espacial o suborbital. Para lograr La placa de circuito grande de la izquierda es un diseño ASIC anterior. Los tres segmentos rectangulares proporcionan tres entradas de antena, compatible con cuatro canales de 20 MHz, y requieren aproximadamente 5 W de potencia. A la derecha está el nuevo chip ASIC. Añadiendo algunos componentes pequeños, como conectores, proporcionará tres entradas de antena, con el equivalente a doce canales de 40 MHz, y requieren solo 1 W de potencia. (Crédito de la imagen:Michael Shaw, GigOptics, Inc.) 12 | 2017 SMD Technology destaca estos objetivos, el equipo del proyecto está desarrollando osciladores locales basados ​​en láseres de cascada cuántica (QCL) de THz, que puede bombear una matriz de receptores heterodinos de siete elementos. Estos osciladores locales deben emitir radiación de frecuencia única con buena pureza espectral (ancho de línea estrecho <1 MHz a 4,7 THz), que solo se puede lograr utilizando estructuras de rejilla Distributed-FeedBack (DFB). El equipo investigó tres estructuras DFB diferentes para su uso potencial en el receptor y seleccionó la mejor opción, que tiene un patrón de haz unidireccional (solo irradia en la dirección de avance) con altos niveles de potencia de salida.

Un conjunto de receptores capaz de observar la frecuencia de 4.744 THz proporcionará información nueva y única sobre la interrelación de las estrellas y el gas en una amplia gama de entornos galácticos y extragalácticos. La NASA planea desplegar receptores que utilicen esta tecnología en la próxima misión GUSTO (Observatorio de Terahercios Espectroscópicos de Globos de Duración Ultralarga Galáctica / Extragaláctica), una carga útil de globo de larga duración que se lanzará en 2021. La tecnología también tiene aplicaciones potenciales para la próxima misión del Observatorio de Infrarrojo Lejano de Apertura Única (SAFIR), un gran telescopio espacial criogénico concebido como una continuación del Telescopio Espacial Spitzer y el Observatorio Espacial Herschel. Además de la astrofísica, Los THz QCL serán útiles en una amplia gama de aplicaciones en áreas como seguridad, detección bioquímica, e imágenes biomédicas.

En el futuro cercano, el equipo desarrollará osciladores locales listos para volar para misiones suborbitales como GUSTO. A largo plazo, el trabajo implicará el desarrollo de osciladores locales para observatorios espaciales como SAFIR, que involucrará dispositivos con requisitos de rendimiento aún mayores.