La capacidad de aprovechar la luz en un haz intenso de radiación monocromática en un láser ha revolucionado la forma en que vivimos y trabajamos durante más de cincuenta años. Entre sus muchas aplicaciones se encuentran las comunicaciones de datos ultrarrápidas y de alta capacidad, fabricación, cirugía, escáneres de códigos de barras, impresoras, tecnología de conducción autónoma y espectaculares pantallas de luz láser. Los láseres también encuentran un hogar en la espectroscopia atómica y molecular que se utiliza en diversas ramas de la ciencia, así como para la detección y el análisis de una amplia gama de sustancias químicas y biomoléculas.

Los láseres se pueden clasificar según su longitud de onda de emisión dentro del espectro electromagnético, de los cuales, los láseres de luz visible, como los de los punteros láser, son sólo una pequeña parte. Los láseres infrarrojos se utilizan para comunicaciones ópticas a través de fibras. Los láseres ultravioleta se utilizan para la cirugía ocular. Y luego están los láseres de terahercios, que son objeto de investigación en el grupo de investigación de Sushil Kumar, profesor asociado de Ingeniería Eléctrica e Informática en la Universidad de Lehigh.

Los láseres de terahercios emiten radiación que se encuentra entre las microondas y la luz infrarroja a lo largo del espectro electromagnético. Su radiación puede penetrar materiales de embalaje comunes como plásticos, telas y cartones, y también son notablemente eficaces en la detección óptica y el análisis de una amplia variedad de productos químicos. Estos láseres tienen el potencial de ser usados ​​en el cribado no destructivo y la detección de explosivos empaquetados y drogas ilícitas. evaluación de compuestos farmacéuticos, detección de cáncer de piel e incluso el estudio de la formación de estrellas y galaxias.

Aplicaciones como la espectroscopia óptica requieren que el láser emita radiación a una longitud de onda precisa, que se logra más comúnmente mediante la implementación de una técnica conocida como "retroalimentación distribuida". Estos dispositivos se denominan láseres monomodo. Requerir operación monomodo es especialmente importante para láseres de terahercios, ya que sus aplicaciones más importantes serán en espectroscopía de terahercios. Los láseres de terahercios todavía se encuentran en una fase de desarrollo y los investigadores de todo el mundo están tratando de mejorar sus características de rendimiento para cumplir con las condiciones que los harían comercialmente viables.

A medida que se propaga, La radiación de terahercios es absorbida por la humedad atmosférica. Por lo tanto, un requisito clave para este tipo de láseres es un haz intenso que pueda utilizarse para la detección óptica y el análisis de sustancias mantenidas a una distancia de separación de varios metros o más, y no ser absorbido. Para tal fin, El equipo de investigación de Kumar se centra en mejorar su intensidad y brillo, alcanzable en parte aumentando la salida de potencia óptica.

En un artículo reciente publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza , el equipo de Lehigh, supervisado por Kumar en colaboración con Sandia National Laboratories, informó sobre una técnica simple pero efectiva para mejorar la salida de potencia de los láseres monomodo que son "emisores de superficie" (a diferencia de los que utilizan un "emisor de borde" configuración). De los dos tipos, la configuración de emisión de superficie para láseres semiconductores ofrece ventajas distintivas en cuanto a cómo se podrían miniaturizar los láseres, empaquetado y probado para producción comercial.

La investigación publicada describe una nueva técnica mediante la cual se introduce un tipo específico de periodicidad en la cavidad óptica del láser, lo que le permite irradiar fundamentalmente un haz de buena calidad con una mayor eficiencia de radiación, haciendo así el láser más potente. Los autores dicen que su esquema tiene una "rejilla de Bragg híbrida de segundo y cuarto orden" (a diferencia de una rejilla de Bragg de segundo orden para el típico láser emisor de superficie, variaciones de las cuales se han utilizado en una amplia variedad de láseres durante casi tres décadas). Los autores afirman que su esquema de rejilla híbrida no se limita a láseres de terahercios y podría mejorar potencialmente el rendimiento de una amplia clase de láseres semiconductores emisores de superficie que emiten en diferentes longitudes de onda.

El informe analiza los resultados experimentales de un láser monolítico de terahercios monomodo con una potencia de salida de 170 milivatios, que es el más poderoso hasta la fecha para esta clase de láseres. La investigación muestra de manera concluyente que la llamada rejilla híbrida es capaz de hacer que el láser emita a una longitud de onda específica deseada a través de una simple alteración en la periodicidad de la rejilla impresa en la cavidad del láser mientras mantiene la calidad del haz. Kumar sostiene que los niveles de potencia de un vatio o más deberían ser alcanzables con futuras modificaciones de su técnica, que podría ser el umbral necesario para que la industria se dé cuenta y entre en la comercialización potencial de instrumentos basados ​​en láser de terahercios.