Os pesquisadores fizeram uma grande inovação no controle de lasers quânticos em terahertz, o que poderia levar à transmissão de dados na taxa de 100 gigabits por segundo – mil vezes mais rápido que uma Ethernet rápida operando a 100 megabits por segundo.
O que distingue lasers quânticos em cascata de terahertz de outros lasers é o fato de que eles emitem luz na faixa de terahertz do espectro eletromagnético. Eles têm aplicações no campo da espectroscopia, onde são utilizados em análises químicas .
Os lasers também podem eventualmente fornecer links sem fio ultrarrápidos e de salto curto, onde grandes conjuntos de dados precisam ser transferidos entre campi de hospitais ou entre instalações de pesquisa em universidades – ou em comunicações via satélite .
Para poder enviar dados a essas velocidades aumentadas, os lasers precisam ser modulados muito rapidamente: ligando e desligando ou pulsando cerca de 100 bilhões de vezes por segundo.
Engenheiros e cientistas até agora não conseguiram desenvolver uma maneira de conseguir isso.
Uma equipe de pesquisa da Universidade de Leeds e da Universidade de Nottingham acredita ter encontrado uma maneira de fornecer modulação ultra-rápida, combinando a potência das ondas acústicas e de luz. Eles publicaram suas descobertas hoje na Nature Communications .
John Cunningham, professor de nanoeletrônica de Leeds, disse: “Esta é uma pesquisa empolgante. No momento, o sistema para modular um laser em cascata quântico é acionado eletricamente – mas esse sistema tem limitações.
“Ironicamente, a mesma eletrônica que fornece a modulação geralmente freia a velocidade da modulação. O mecanismo que estamos desenvolvendo depende, em vez disso, de ondas acústicas.”
Um laser quântico em cascata é muito eficiente. À medida que um elétron passa pelo componente óptico do laser, ele passa por uma série de ‘poços quânticos’, onde o nível de energia do elétron cai e um fóton ou pulso de energia luminosa é emitido.
Um elétron é capaz de emitir vários fótons. É esse processo que é controlado durante a modulação.
Em vez de usar eletrônicos externos, as equipes de pesquisadores das universidades de Leeds e Nottingham usaram ondas acústicas para vibrar os poços quânticos dentro do laser em cascata quântica.
As ondas acústicas foram geradas pelo impacto de um pulso de outro laser em um filme de alumínio. Isso causou a expansão e contração do filme, enviando uma onda mecânica através do laser em cascata quântica.
Tony Kent, professor de física de Nottingham, disse: “Essencialmente, o que fizemos foi usar a onda acústica para agitar os intrincados estados eletrônicos dentro do laser em cascata quântica. Poderíamos então ver que sua saída de luz terahertz estava sendo alterada pela onda acústica”.
O professor Cunningham acrescentou: “Não chegamos a uma situação em que poderíamos parar e iniciar o fluxo completamente, mas conseguimos controlar a emissão de luz em alguns por cento, o que é um ótimo começo.
“Acreditamos que, com mais refinamento, seremos capazes de desenvolver um novo mecanismo para controle completo das emissões de fótons do laser, e talvez até integrar estruturas geradoras de som com o laser terahertz, para que nenhuma fonte de som externa seja necessária”.
O professor Kent disse: “Esse resultado abre uma nova área para a física e a engenharia se unirem na exploração da interação das ondas sonoras e de luz terahertz , que poderiam ter aplicações tecnológicas reais”.
