Afinan un láser de cascada cuántica como si fuera una guitarra

Durante más de 30 años, los científicos han estado intentando aprovechar las llamadas radiaciones terahertz, que se cree podrían servir para la detección química sensible, para generar la transmisión de datos ultrarrápida y para “ver a través” de las paredes y la ropa.

Situadas entre las radiaciones de las ondas microondas y de las ondas infrarrojas, las radiaciones terahertz pueden atravesar las telas, el plástico y los tejidos del organismo humano sin dañarlos, de manera más segura que los rayos-x, aseguran los científicos.

Por otro lado, estas radiaciones permitirían distinguir productos químicos de manera individual, aunque se encuentren mezclados con otros. Así, por ejemplo, en un aeropuerto, un escáner terahertz serviría para determinar si dentro de cualquier maleta cerrada van explosivos, metanfetaminas o aspirinas.

Nuevo enfoque

Sin embargo, y a pesar de su potencial utilidad, hasta ahora no ha resultado fácil encontrar un método práctico de generación de radiaciones terahertz.

En 1994, investigadores del Bell Labs crearon un nuevo tipo de lásers, bautizados como Quantum Cascade Lasers (QLC) o láseres de cascada cuántica, que eran láseres compactos semiconductores que emitían luz a longitudes de onda correspondientes a terahertz. Desde entonces, se ha seguido trabajando en este campo.

Ahora, científicos del Instituto Tecnológico de Massachusets, han dado un nuevo e importante paso adelante en la tecnología de los QLCs, consiguiendo afinar de manera continua las radiaciones terahertz que éstos emiten.

Según publica el Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) en un comunicado, Qing Hu, profesor de ingeniería eléctrica del Laboratorio de Investigación Electrónica del MIT, y sus colaboradores han descrito su técnica para afinar los Quantum Cascade Lasers (QLC) en la revista Nature Photonics.

Se trata, según el MIT, de un enfoque totalmente nuevo que podría tener importantes repercusiones en otras tecnologías emergentes.

Afinarlo como una guitarra

Afinar un láser semiconductor ordinario generalmente requiere cambiar la longitud de onda de la luz emitida por la cavidad láser. Ninguno de los métodos existentes para hacerlo, sin embargo, han funcionado bien con los QLC.

Para estos otros sistemas, Hu propone una técnica alternativa. El investigador y sus colaboradores han logrado afinar el láser como si éste fuera una guitarra, utilizando una rosca que actúa de forma mecánica sobre un dispositivo que cambia el tamaño de su cavidad resonante.

En concreto, el dispositivo se afina con un micrómetro de pistón rotatorio que actúa sobre un émbolo de oro que cambia el tamaño de la cavidad en la que resuena la radiación antes de ser emitida.

De esta forma, se puede ajustar la frecuencia de la luz láser con gran precisión, para su aplicación en múltiples sectores, desde la biomedicina hasta la astronomía.

Avance anterior

Según los expertos, todos los objetos emiten algo de radiación a frecuencia terahertz, de forma natural. Pero, a diferencia del calor o de la luz, las ondas electromagnéticas de estas frecuencias sí pueden atravesar -como el radar- los objetos opacos. Por eso resulta especialmente interesante llegar a utilizar dichas radiaciones.

Otro importante avance en esta misma dirección se produjo en 2008, cuando científicos de la Harvard School of Engineering and Aplied Sciences, dirigidos por Federico Capasso, construyeron la primera fuente terahertz coherente a temperatura ambiente.

Hasta ese momento, los QCL habían emitido radiación terahertz a temperaturas criogénicas, más bajas que 200º K. El nuevo dispositivo creado por Capasso y sus colaboradores emitía radiación terahertz con unos cuantos cientos de nanovatios de potencia, a temperatura ambiente.

Este fue un resultado muy importante e interesante, ya que con él se pudo eludir los problemas asociados con los láseres normales semiconductores terahertz, los cuales hasta entonces sólo trabajaban a temperaturas muy bajas.