p A capacidade de aproveitar a luz em um feixe intenso de radiação monocromática em um laser revolucionou a maneira como vivemos e trabalhamos por mais de cinquenta anos. Entre suas muitas aplicações estão as comunicações de dados ultrarrápidas e de alta capacidade, fabricação, cirurgia, leitores de código de barras, impressoras, tecnologia de direção autônoma e espetaculares visores de luz laser. Os lasers também são usados ​​na espectroscopia atômica e molecular, usada em vários ramos da ciência, bem como na detecção e análise de uma ampla gama de produtos químicos e biomoléculas. p Lasers podem ser categorizados com base em seu comprimento de onda de emissão dentro do espectro eletromagnético, dos quais os lasers de luz visível - como os dos ponteiros de laser - são apenas uma pequena parte. Os lasers infravermelhos são usados ​​para comunicações ópticas por meio de fibras. Os lasers ultravioleta são usados ​​para cirurgia ocular. E há lasers terahertz, que são objeto de investigação no grupo de pesquisa de Sushil Kumar, professor associado de Engenharia Elétrica e da Computação na Lehigh University.

p Os lasers Terahertz emitem radiação que fica entre as microondas e luz infravermelha ao longo do espectro eletromagnético. Sua radiação pode penetrar materiais de embalagem comuns, como plásticos, tecidos e papelão, e também são notavelmente eficazes em detecção óptica e análise de uma ampla variedade de produtos químicos. Esses lasers têm potencial para uso em triagem não destrutiva e detecção de explosivos embalados e drogas ilícitas, avaliação de compostos farmacêuticos, rastreamento de câncer de pele e até mesmo o estudo da formação de estrelas e galáxias.

p Aplicações como espectroscopia óptica exigem que o laser emita radiação em um comprimento de onda preciso, que é mais comumente alcançado com a implementação de uma técnica conhecida como "feedback distribuído". Esses dispositivos são chamados de lasers de modo único. Exigir a operação de modo único é especialmente importante para lasers terahertz, já que suas aplicações mais importantes serão em espectroscopia terahertz. Os lasers Terahertz ainda estão em fase de desenvolvimento e pesquisadores ao redor do mundo estão tentando melhorar suas características de desempenho para atender às condições que os tornariam comercialmente viáveis.

p À medida que se propaga, a radiação terahertz é absorvida pela umidade atmosférica. Portanto, um requisito fundamental para tais lasers é um feixe intenso de modo que possa ser usado para detecção óptica e análise de substâncias mantidas a uma distância de afastamento de vários metros ou mais, e não ser absorvido. Para este fim, A equipe de pesquisa de Kumar está focada em melhorar sua intensidade e brilho, alcançável em parte pelo aumento da saída de potência óptica.

p Em um artigo recente publicado na revista Nature Communications , a equipe de Lehigh - supervisionada por Kumar em colaboração com Sandia National Laboratories - relatou uma técnica simples, mas eficaz para aumentar a potência de lasers de modo único que são "emissores de superfície" (em oposição aos que usam um "emissor de borda" configuração). Dos dois tipos, a configuração de emissão de superfície para lasers semicondutores oferece vantagens distintas em como os lasers podem ser miniaturizados, embalado e testado para produção comercial.

p A pesquisa publicada descreve uma nova técnica pela qual um tipo específico de periodicidade é introduzido na cavidade óptica do laser, permitindo que irradie fundamentalmente um feixe de boa qualidade com maior eficiência de radiação, tornando assim o laser mais poderoso. Os autores chamam seu esquema de "grade de Bragg híbrida de segunda e quarta ordem" (em oposição a uma grade de Bragg de segunda ordem para o laser de emissão de superfície típico, variações das quais têm sido usadas em uma ampla variedade de lasers por quase três décadas). Os autores afirmam que seu esquema de grade híbrida não se limita a lasers terahertz e poderia melhorar o desempenho de uma ampla classe de lasers semicondutores de emissão de superfície que emitem em diferentes comprimentos de onda.

p O relatório discute resultados experimentais para um laser monolítico monolítico monomodo terahertz com uma potência de saída de 170 miliwatts, qual é o mais poderoso até o momento para essa classe de lasers. A pesquisa mostra de forma conclusiva que a chamada grade híbrida é capaz de fazer o laser emitir em um determinado comprimento de onda desejado por meio de uma simples alteração na periodicidade da grade impressa na cavidade do laser, mantendo sua qualidade de feixe. Kumar afirma que níveis de potência de um watt e acima devem ser alcançados com futuras modificações de sua técnica - que pode ser apenas o limite necessário a ser superado para que a indústria perceba e entre na comercialização potencial de instrumentos baseados em laser terahertz.