Una vez que fue el arma preferida de los locos de las películas B y los héroes de la ficción espacial por igual, el láser, un dispositivo que genera un haz intenso de radiación electromagnética coherente al estimular la emisión de fotones de átomos o moléculas excitados, se ha vuelto un poco domesticado últimamente.

Estos días, tiene un trabajo estable en la industria, y pasa su tiempo libre imprimiendo documentos en oficinas en casa y reproduciendo películas en sistemas de cine en casa. Aparece aquí y allá en revistas médicas y noticias militares, pero básicamente se ha reducido a leer códigos de barras en la caja del supermercado, una tecnología que ha perdido su encanto.

Pero los láseres siguen siendo geniales insiste Sushil Kumar de la Universidad de Lehigh, con un gran potencial de innovación que acabamos de empezar a aprovechar. Y con el apoyo de la National Science Foundation (NSF), tiene la misión de demostrarlo.

Kumar, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática, se centra específicamente en láseres que surgen de una región relativamente inexplorada en el espectro electromagnético, el terahercio (THz), o infrarrojo lejano, frecuencia. Un investigador a la vanguardia de la tecnología láser de 'cascada cuántica' de semiconductores THz, él y sus colegas han publicado récords mundiales de funcionamiento a alta temperatura y otras características importantes de rendimiento de dichos láseres.

Su objetivo es desarrollar dispositivos que abran una amplia gama de posibles aplicaciones:detección química y biológica, espectroscopia, detección de explosivos y otros materiales de contrabando, diagnóstico de enfermedades, control de calidad en productos farmacéuticos, e incluso la teledetección en astronomía para comprender la formación de estrellas y galaxias, Sólo para nombrar unos pocos. (Cosas bastante interesantes ... la gente de la línea de pago estaría impresionada).

Sin embargo, a pesar de los beneficios conocidos, Kumar dice que los láseres de terahercios se han subutilizado y poco explorado; El alto costo y las limitaciones funcionales han obstaculizado la innovación que llevaría a tal uso. Kumar, sin embargo, cree que está en camino de liberar verdaderamente el poder de la tecnología láser THz; Recientemente recibió una subvención de la NSF, Matrices de fase bloqueada de láseres de terahercios de alta potencia con haces ultra estrechos, con el objetivo de crear láseres THz que produzcan intensidades ópticas mucho mayores de lo que es posible en la actualidad, y potencialmente eliminar las barreras a la investigación a gran escala y la adopción comercial.

Centrándose en una solución

Según Kumar, la región de terahercios del espectro electromagnético está significativamente subdesarrollada debido a la falta de fuentes de radiación de alta potencia. Las fuentes existentes presentan una potencia de salida baja y otras características espectrales no deseadas que las hacen inadecuadas para aplicaciones serias. Su proyecto actual tiene como objetivo desarrollar láseres semiconductores de terahercios con una frecuencia de emisión precisa de hasta 100 milivatios de potencia óptica promedio, una mejora de dos órdenes de magnitud con respecto a la tecnología actual, en un haz estrecho con significativamente menos de cinco grados de divergencia angular.

Kumar trabaja con láseres de cascada cuántica (QCL). Estos dispositivos se inventaron originalmente para la emisión de radiación infrarroja media. Solo recientemente han comenzado a dejar una marca en las frecuencias de THz, y en ese rango sufren varios desafíos adicionales. En este entorno de vanguardia, El grupo de Kumar se encuentra entre unos pocos selectos en el mundo que avanza hacia la producción viable y de bajo costo de estos láseres.

El enfoque previsto de Kumar mejorará significativamente la producción de energía y la calidad del haz de los QCL. Un portátil, El crioenfriador operado eléctricamente proporcionará la temperatura de enfriamiento requerida para los chips láser semiconductores; estos contendrán arreglos QCL bloqueados en fase que emiten en un rango de frecuencias discretas de terahercios determinadas por la aplicación deseada.

En trabajos anteriores, Kumar y su grupo demostraron que los láseres THz (emitidos a una longitud de onda de aproximadamente 100 micrones) podían emitir un haz de luz enfocado utilizando una técnica llamada retroalimentación distribuida. La energía de la luz en su láser está confinada dentro de una cavidad intercalada entre dos placas metálicas separadas por una distancia de 10 micrones. Usando una cavidad en forma de caja que mide 10 micrones por 100 micrones por 1, 400 micrones (1,4 milímetros), el grupo produjo un láser de terahercios con un ángulo de divergencia del haz de solo 4 grados por 4 grados, la divergencia más estrecha alcanzada hasta ahora para este tipo de láseres de terahercios.

Kumar cree que la mayoría de las empresas que actualmente emplean láseres de infrarrojo medio estarían interesadas en poderosos, QCL de terahercios asequibles, y que la propia tecnología generará nuevas soluciones.

"El iPhone tenía que existir antes de que los desarrolladores pudieran escribir las 'aplicaciones asesinas' que lo convirtieron en un producto doméstico, ", dice." De la misma manera, estamos trabajando hacia una tecnología que podría permitir a los futuros investigadores cambiar el mundo de formas que aún no se han considerado ".