La NASA développe un nouveau type de détecteur qui donnera un aperçu de la formation et de la structure de l'univers. Bon nombre des interactions radiatives et mécaniques qui façonnent le milieu interstellaire des galaxies et entraînent l'évolution galactique (par exemple, les ondes de choc des vents stellaires et des jets, explosions de supernova, etc.) sont mieux observées dans la région spectrale de 4,744 térahertz (THz) pour la raie de l'oxygène. Les observations de cette raie spectrale ont rarement été réalisées, cependant, parce que la fréquence de 4,744 THz est hors de portée de la plupart des oscillateurs locaux existants qui fonctionnent dans des récepteurs hétérodynes suffisamment sensibles pour faire de telles observations. Une équipe parrainée par la NASA du Massachusetts Institute of Technology (MIT) travaille à faire progresser les technologies qui permettront aux prochaines missions de la NASA d'inclure des récepteurs qui observent cette importante ligne spectrale.

La détection hétérodyne compare le signal lumineux entrant avec une lumière de référence provenant d'un oscillateur local (LO). Les principaux défis de ce projet sont d'augmenter la puissance de sortie LO du niveau actuellement réalisable de <1 mW à 5 mW, et d'augmenter la température de fonctionnement d'une température de ~10 K démontrée en laboratoire à ~40 K, une température qui peut être prise en charge par un observatoire spatial ou suborbital. Pour réaliser La grande carte de circuit imprimé sur la gauche est une conception ASIC précédente. Les trois segments rectangulaires fournissent trois entrées d'antenne, prenant en charge quatre canaux 20 MHz, et nécessitent environ 5 W de puissance. À droite se trouve la nouvelle puce ASIC. En ajoutant quelques petits composants, tels que les connecteurs, il fournira trois entrées d'antenne, avec l'équivalent de douze canaux à 40 MHz, et ne nécessitent que 1 W de puissance. (Crédit image:Michael Shaw, GigOptics, Inc.) 12 | 2017 SMD Technology met en évidence ces objectifs, l'équipe du projet développe des oscillateurs locaux basés sur des lasers à cascade quantique THz (QCL), qui peut pomper un réseau de récepteurs hétérodynes à sept éléments. Ces oscillateurs locaux doivent émettre un rayonnement monofréquence avec une bonne pureté spectrale (largeur de raie étroite <1 MHz à 4,7 THz), qui ne peut être obtenu qu'en utilisant des structures de réseau Distributed-FeedBack (DFB). L'équipe a étudié trois structures DFB différentes pour une utilisation potentielle dans le récepteur et a sélectionné la meilleure option, qui a un faisceau unidirectionnel (il ne rayonne que dans le sens direct) avec des niveaux de puissance de sortie élevés.

Un réseau de récepteurs capable d'observer la fréquence de 4,744 THz fournira des informations nouvelles et uniques sur les relations entre les étoiles et le gaz dans un large éventail d'environnements galactiques et extragalactiques. La NASA prévoit de déployer des récepteurs utilisant cette technologie sur la prochaine mission GUSTO (Observatoire Galactique/Extragalactic Ultralong-Duration Balloon Spectroscopic Terahertz), une charge utile de ballon de longue durée dont le lancement est prévu en 2021. La technologie a également des applications potentielles pour la prochaine mission SAFIR (Single Aperture Far-Infrared Observatory), un grand télescope spatial cryogénique envisagé comme la suite du télescope spatial Spitzer et de l'observatoire spatial Herschel. En plus de l'astrophysique, Les QCL THz seront utiles dans un large éventail d'applications dans des domaines tels que la sécurité, détection biochimique, et l'imagerie biomédicale.

Dans le futur proche, l'équipe développera des oscillateurs locaux prêts au vol pour des missions suborbitales telles que GUSTO. À long terme, le travail impliquera le développement d'oscillateurs locaux pour les observatoires spatiaux tels que SAFIR, ce qui impliquera des appareils avec des exigences de performances encore plus élevées.