Rilevare la radiazione terahertz
La gamma di frequenze terahertz, che occupa una posizione intermedia tra le microonde e la luce infrarossa, offre applicazioni uniche in vari domini, tra cui quello dell'imaging medicale e dell'imaging applicato al settore della sicurezza. Ciononostante, questa porzione di spettro rimane ampiamente inesplorata. I dispositivi basati sui semiconduttori, come ad esempio il laser terahertz a cascata quantica (QCL), rappresentano un'importante innovazione nel campo della tecnologia delle sorgenti, in grado di colmare il divario relativo alla radiazione terahertz. Nell'ambito del progetto TERAPHASE ("Phase-locking of terahertz quantum cascade lasers"), finanziato dall'UE, gli scienziati hanno creato una combinazione tra il laser terahertz a cascata quantica e uno schema basato sulla spettroscopia nel dominio del tempo (TDS) che utilizza laser ultraveloci per la generazione e il rilevamento della radiazione terahertz. Il sistema che ne deriva dovrebbe produrre impulsi ultrabrevi, a elevata potenza e a risoluzione di fase che, al momento, sono disponibili esclusivamente in impianti su larga scala. Il gruppo di lavoro ha inoltre approfondito il campo dei processi ultraveloci nei laser QCL, contribuendo alla creazione di strumenti destinati alla spettroscopia. In primo luogo, i ricercatori hanno tentato di dimostrare il blocco di fase relativo alle emissioni di QCL su un laser a femtosecondi attraverso l'iniezione di luce nel rispettivo risonatore. Partendo dal presupposto che il rilevamento coerente rappresenta una proprietà intrinseca della TDS terahertz, è stata ottenuta una radiazione coerente dal laser a cascata quantica. Questi dati sono stati quindi utilizzati ai fini della registrazione di informazioni nel dominio del tempo e della frequenza con una sola misurazione. La radiazione è stata inoltre concentrata in una gamma di frequenze ristrette, ovvero un fenomeno che non era possibile ottenere attraverso l'utilizzo della tecnica di spettroscopia nel dominio del tempo tradizionale. Il fenomeno del blocco di fase è stato quindi utilizzato per dimostrare la generazione del blocco del modo e dell'impulso terahertz a partire da un laser a cascata quantica. Nell'ambito dell'iniziativa TERAPHASE, sono state impiegate tecniche di rilevamento sia coerenti che incoerenti ai fini della misurazione degli impulsi di QCL a modo bloccato. Oltre a studiare la dinamica dei campi elettrici dei laser a modo bloccato, il progetto ha analizzato i parametri essenziali alla base del fenomeno del blocco dei modi, come ad esempio il guadagno in termini di durata di vita. Inoltre, dalle simulazioni incentrate sui tempi di recupero del guadagno di circa 15 picosecondi è emerso che il blocco del modo attivo rappresentava il metodo di blocco del modo ideale per i laser a cascata quantica. Il sistema TDS–QCL, ideato nell'ambito del progetto TERAPHASE, si rivelerà estremamente utile in situazioni che richiedono un fascio di pompa terahertz a banda stretta unitamente a una sonda terahertz a banda larga. I risultati dell'iniziativa sono stati pubblicati in 6 diversi articoli.
Parole chiave
Terahertz, radiazione, laser, sistema di rilevamento delle sorgenti, applicazioni spettroscopiche, imaging, laser a cascata quantica, blocco di fase, spettroscopia nel dominio del tempo, laser ultraveloci, generazione di impulsi, laser a modo bloccato, gu
