Des chercheurs de la Northwestern University ont conçu un peigne de fréquence laser à cascade quantique (QCL) qui est considérablement plus efficace que les itérations précédentes.

Dirigé par Manijeh Razeghi, les chercheurs du Center for Quantum Devices de Northwestern ont théoriquement conçu et synthétisé expérimentalement un nouveau matériau d'émetteur à contrainte mécanique. Fabriqué avec le nouveau matériau, le peigne de fréquence QCL compact est un ordre de grandeur plus efficace et émet plus de quatre fois la puissance de sortie que toutes les démonstrations précédentes.

Le peigne de fréquence QCL de Razeghi fonctionne dans la région spectrale infrarouge, qui est utile pour détecter de nombreux types de produits chimiques, y compris les émissions industrielles, explosifs, et des agents de guerre chimique.

"Nous assistons au début d'une véritable révolution dans la technologie des capteurs de gaz compacts, " dit Razeghi, Walter P. Murphy Professeur de génie électrique et d'informatique à la McCormick School of Engineering de Northwestern. « Imaginez un système portable capable de détecter des traces de produits chimiques dangereux en une fraction de seconde. »

Soutenu par la National Science Foundation, Département de la Sécurité intérieure, Commandement des systèmes aéronavals, et la NASA, la recherche a été publiée en ligne aujourd'hui dans Rapports scientifiques .

Acteur révolutionnaire en science fondamentale, un peigne de fréquence est une source lumineuse qui émet un spectre contenant une série de discrets, lignes de fréquence équidistantes. L'espacement exact des fréquences est essentiel pour manipuler la lumière pour diverses applications et a conduit à de nouvelles technologies dans divers domaines, y compris la médecine, communication, et l'astronomie. Aujourd'hui, les peignes de fréquence couvrent de vastes fréquences de lumière allant du térahertz au visible à l'ultraviolet extrême.

« Depuis que le peigne à fréquence directe a été généré en utilisant un laser femtoseconde à mode verrouillé dans les années 1990, diverses techniques ont été utilisées pour produire des peignes de fréquence, " a déclaré Razeghi. "Mais chacune de ces techniques nécessite plusieurs composants optiques. Ce n'est ni compact ni pratique."

Les travaux de Razeghi ont permis de générer un peigne de fréquence à partir d'un seul composant optoélectronique de quelques millimètres de longueur. Le peigne de fréquence QCL résultant est incroyablement compact et émet plus de 300 lignes de fréquence équidistantes, couvrant une portée de 130 centimètres.

"Le système est basé sur un composant de production en série sans pièces mobiles, " Razeghi a dit, "Ce qui est attrayant en termes de coût et de durabilité."

Le groupe de Razeghi cherche actuellement des moyens d'augmenter encore la gamme spectrale de ses peignes de fréquence QCL. Cela comprend la recherche de moyens de fabriquer une échelle à puce, température ambiante, peigne de fréquence térahertz, ce qui permettrait de nouvelles applications dans l'évaluation non destructive des emballages et l'imagerie biomédicale.