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I ricercatori hanno fatto un passo avanti nel controllo del laser a cascata quantica terahertz, potrebbe portare alla trasmissione di dati alla velocità di 100 gigabit il secondo, circa mille volte più veloce di una Ethernet veloce che funziona a 100 megabit il secondo. Ciò che distingue il laser a cascata quantica terahertz dall’altro laser è che emettono luce nell’intervallo terahertz dello spettro elettromagnetico. Hanno applicazioni nel campo della spettroscopia, quando sono utilizzate nell’analisi chimica.

Il laser potrebbe fornire collegamenti wireless ultraveloci a corto raggio in cui è necessario trasferire grandi set di dati tra strutture ospedaliere o tra strutture di ricerca nelle università o nelle comunicazioni via satellite. Il laser per poter inviare i dati a queste velocità elevate, devono essere modulati molto rapidamente: accensione e spegnimento o pulsazione di circa 100 miliardi di volte il secondo. Finora ingegneri e scienziati non sono riusciti a sviluppare un metodo per raggiungere quest’obiettivo.

Ora un team di ricerca dell’Università di Leeds e dell’Università di Nottingham credono di aver trovato un metodo per realizzare una modulazione ultra veloce, combinando il potere delle onde acustiche e luminose. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature Communications.

John Cunningham, professore di Nanoelettronica all’Università di Leeds, ha detto:

«Questa ricerca è emozionante, al momento, il sistema per la modulazione di un laser a cascata quantistica è azionato elettricamente, ma quel sistema ha dei limiti. Ironicamente, la stessa elettronica che emette la modulazione di solito, aziona un freno alla velocità della modulazione. Il meccanismo che stiamo sviluppando si basa invece sulle onde acustiche».

Il laser a cascata quantica è molto efficiente, quando un elettrone passa attraverso il componente ottico del laser, attraversa una serie di “pozzetti quantistici” in cui il livello di energia dell’elettrone scende e viene emesso un fotone o un impulso di energia luminosa. L’elettrone è in grado di emettere più fotoni. È questo processo che viene controllato durante la modulazione.

Il team di ricercatori delle Università di Leeds e Nottingham invece di usare l’elettronica esterna, hanno usato onde acustiche per far vibrare i pozzi quantistici all’interno del laser a cascata quantica. Le onde acustiche sono state generate dall’impatto di un impulso da un altro laser su una pellicola di alluminio. Ciò ha causato l’espansione e la contrazione della pellicola, inviando un’onda meccanica attraverso il laser a cascata quantica.

Tony Kent, professore di fisica all’Università di Nottingham, ha detto: «Fondamentalmente, abbiamo usato l’onda acustica per scuotere gli intricati stati elettronici all’interno del laser a cascata quantica. Potevamo vedere che la sua emissione di luce terahertz era alterata dall’onda acustica».

Il professor John Cunningham, ha aggiunto:

«Non siamo arrivati ad una situazione in cui si poteva fermare e avviare completamente il flusso, ma siamo stati in grado di controllare l’emissione di luce di qualche punto percentuale, il che è un ottimo inizio. Crediamo che con un successivo perfezionamento riusciremo a sviluppare un nuovo meccanismo per il controllo completo delle emissioni di fotoni del laser, e magari anche ad integrare strutture che generano il suono con il laser terahertz, in modo che non sia necessaria una fonte sonora esterna».

Il professor Tony Kent in conclusione ha detto:

«Questo risultato apre un nuovo spazio per la fisica e l’ingegneria per unirsi nella ricerca dell’interazione delle onde sonore terahertz e le onde luminose, ciò potrebbero avere reali applicazioni tecnologiche».