A NASA está desenvolvendo um novo tipo de detector que fornecerá informações sobre a formação e a estrutura do universo. Muitas das interações radiativas e mecânicas que moldam o meio interestelar de galáxias e conduzem a evolução galáctica (por exemplo, ondas de choque de ventos e jatos estelares, explosões de supernova, etc.) são melhor observados na região espectral de 4,744 terahertz (THz) para a linha de oxigênio. As observações desta linha espectral raramente foram realizadas, Contudo, porque a frequência 4.744-THz está além do alcance da maioria dos osciladores locais existentes que operam em receptores heteródinos sensíveis o suficiente para fazer tais observações. Uma equipe patrocinada pela NASA no Massachusetts Institute of Technology (MIT) está trabalhando para desenvolver tecnologias que permitirão que as próximas missões da NASA incluam receptores que observem esta importante linha espectral.

A detecção heteródina compara o sinal de luz de entrada com uma luz de referência de um oscilador local (LO). Os principais desafios deste projeto são aumentar a potência de saída do LO a partir do nível atualmente alcançável de <1 mW a 5 mW, e aumentar a temperatura operacional de ~ 10 K para ~ 40 K comprovada em laboratório - uma temperatura que pode ser acomodada por um observatório espacial ou suborbital. Para conseguir A placa de circuito grande à esquerda é um projeto ASIC anterior. Os três segmentos retangulares fornecem três entradas de antena, suportando quatro canais de 20 MHz, e requerem aproximadamente 5 W de potência. À direita está o novo chip ASIC. Ao adicionar alguns pequenos componentes, como conectores, fornecerá três entradas de antena, com o equivalente a doze canais de 40 MHz, e requerem apenas 1 W de potência. (Crédito da imagem:Michael Shaw, GigOptics, Inc.) 12 | A Tecnologia SMD 2017 destaca esses objetivos, a equipe do projeto está desenvolvendo osciladores locais baseados em lasers em cascata quântica THz (QCL), que pode bombear uma matriz de receptor heteródino de sete elementos. Esses osciladores locais devem emitir radiação de frequência única com boa pureza espectral (largura de linha estreita <1 MHz a 4,7 THz), que só pode ser alcançado usando estruturas de grade Distributed-FeedBack (DFB). A equipe investigou três estruturas DFB diferentes para uso potencial no receptor e selecionou a melhor opção, que tem um padrão de feixe unidirecional (ele irradia apenas na direção para frente) com altos níveis de potência de saída.

Um conjunto de receptores capaz de observar a frequência 4.744-THz fornecerá novas e únicas percepções sobre a inter-relação de estrelas e gás em uma ampla gama de ambientes galácticos e extragalácticos. A NASA planeja implantar receptores usando esta tecnologia na próxima missão GUSTO (Galactic / Extragalactic Ultralong-Duration Balloon Spectroscopic Terahertz Observatory), uma carga útil de balão de longa duração com lançamento previsto para 2021. A tecnologia também tem aplicações potenciais para a próxima missão do Observatório de Infravermelho Distante de Abertura Única (SAFIR), um grande telescópio espacial criogênico concebido como uma continuação do Telescópio Espacial Spitzer e do Observatório Espacial Herschel. Além da astrofísica, THz QCLs será útil em uma ampla gama de aplicações em áreas como segurança, sensoriamento bioquímico, e imagens biomédicas.

No futuro próximo, a equipe desenvolverá osciladores locais prontos para voo para missões suborbitais como o GUSTO. A longo prazo, o trabalho envolverá o desenvolvimento de osciladores locais para observatórios baseados no espaço, como SAFIR, que envolverá dispositivos com requisitos de desempenho ainda maiores.