لیزر آبشار کوانتومی تراهرتز (Terahertz Quantum Cascade Laser)، در فیزیک (Physics)
انواع لیزرها (Laser) را در آموزش زیر شرح دادیم :
لیزر آبشار کوانتومی تراهرتز (Terahertz Quantum Cascade Laser) :
Terahertz Quantum Cascade Laser (THz QCL) یک نوع لیزر آبشار کوانتومی است که در محدوده فرکانسی تراهرتز (حدود ۱-۱۰ THz، معادل طول موج ۳۰-۳۰۰ میکرون) کار می کند. این محدوده بین مادون قرمز و مایکروویو قرار دارد و برای طیف سنجی، تصویربرداری، و ارتباطات کاربردهای مهمی دارد. THz QCLها بر اساس گسیل بین زیرنوار (intersubband) در چاه های کوانتومی با طراحی ویژه عمل می کنند. ساخت آنها به دلیل انرژی فوتون پایین (چند میلی الکترون ولت) و چالش های مربوط به محصورسازی حامل ها و تلفات اپتیکی، دشوار است. اولین THz QCL در سال ۲۰۰۲ ساخته شد و از آن زمان پیشرفت های قابل توجهی حاصل شده است.
مکانیزم: ساختار THz QCL از صدها لایه بسیار نازک نیمه هادی (معمولا بر پایه GaAs/AlGaAs) تشکیل شده است. طراحی چاه های کوانتومی و سدها به گونه ای است که فاصله بین زیرنواری (تراهرتز) ایجاد کند. الکترون ها از طریق یک آبشار از این چاه ها عبور می کنند و در هر پله یک فوتون تراهرتز گسیل می کنند. چالش اصلی در THz QCL، فونون های نوری با انرژی بالا هستند که می توانند باعث واماندگی سریع غیرتابشی شوند. برای غلبه بر این مشکل، از طرح های نوآورانه مانند "باند ممنوعه" و "پمپاژ رزونانسی" استفاده می شود. THz QCLها معمولا نیاز به خنک کاری برودتی (تا دمای نیتروژن مایع یا کمتر) دارند، اما تحقیقات برای کار در دمای بالاتر ادامه دارد.
کاربردها: طیف سنجی مولکولی در محدوده تراهرتز (تشخیص مواد منفجره، مواد مخدر، گازها)، تصویربرداری تراهرتز (برای کاربردهای امنیتی، بازرسی غیرمخرب، و پزشکی)، و ارتباطات با سرعت بالا. THz QCLها به عنوان منابع نور امیدوارکننده برای این کاربردها محسوب می شوند، اما توان خروجی و دمای کار آنها هنوز محدود است. تحقیقات برای بهبود عملکرد آنها ادامه دارد.
چالش ها: نیاز به خنک کاری برودتی، توان خروجی محدود (میلی وات)، و محدوده فرکانسی قابل دستیابی. با پیشرفت در مواد و طراحی ساختار، امید است که THz QCLها به ابزارهای عملی برای کاربردهای مختلف تبدیل شوند.
