آنچه "ليزرهاي آبشار كوانتومي تراهرتز"(terahertz quantum cascade lasers) را از باقي ليزرها متمايز مي‌كند اين موضوع است كه آنها در محدوده تراهرتز از دامنه الكترومغناطيسي، نور را تخليه مي‌كنند. آنها همچنين در زمينه طيف سنجي كه در آناليز شيميايي از آنها استفاده مي‌شود نيز كاربردهاي بسياري دارند. طيف‌سنجي يا بيناب نمايي(Spectroscopy) به عنوان مطالعه برهمكنش بين نور و ماده نيز تعريف مي‌شود.
علاوه بر اين ليزرها مي‌توانند اتصالات بي‌سيم فوق‌العاده سريع و پر سرعتي را فراهم كنند كه در آن مجموعه داده‌هاي عظيم بايد در پرديس بيمارستان‌ها يا بين مراكز تحقيقاتي در دانشگاه‌ها يا در ارتباطات ماهواره‌اي منتقل شوند.
براي اينكه بتوانيد داده‌ها را با اين سرعت‌هاي بالاتر ارسال كنيد، ليزرها بايد خيلي سريع فرايند مدولاسيون را طي كنند و روشن و خاموش كردن يا پالس كردن در حدود ۱۰۰ ميليارد بار در هر ثانيه انجام شود.
مدولاسيون در مهندسي برق و مخابرات، عبارت است از سواركردن سيگنال پيام (داده، اطلاعات) روي يك سيگنال ديگر كه معمولاً فركانس بالاتري دارد.
مهندسان و دانشمندان تاكنون موفق به انجام چنين كاري نشده بودند. اكنون تيمي از دانشمندان دانشگاه ليدز و دانشگاه ناتينگهام در كنترل ليزرهاي آبشار كوانتومي تراهرتز گامي نوين برداشته‌اند كه مي‌تواند منجر به انتقال داده‌ها با سرعت ۱۰۰ گيگابيت بر ثانيه شود. آنها طي اين مطالعه قدرت امواج صوتي و نور را با هم تركيب كردند.
"جان كانينگهام" (John Cunningham) استاد نانوالكترونيك دانشگاه ليدز گفت: اين مطالعه بسيار هيجان انگيز است. در حال حاضر اين سيستم مدولاسيون ليزر آبشار كوانتومي، به صورت برقي (الكتريكي) هدايت مي‌شود اما اين سيستم محدوديت‌هايي دارد. در همين حال همان الكترونيكي كه عمليات مدولاسيون را ارسال مي‌كند معمولاً همانند يك ترمز بر روي سرعت سيستم نيز عمل مي‌كند. مكانيسمي كه ما در حال توسعه آن هستيم متكي بر امواج صوتي است.
محققان به جاي استفاده از الكترونيك خارجي، از امواج صوتي براي لرزش چاه‌هاي كوانتومي داخل ليزر آبشار كوانتومي استفاده كردند. يك چاه كوانتومي به يك چاه پتانسيل در مكانيك كوانتومي گفت مي‌شود كه سطوح انرژي آن گسسته باشند. در توصيف كلاسيك، يك چاه پتانسيل منجر به به دام افتادن ذره مي‌شود. با كوچك‌تر شدن ابعاد چاه پتانسيل و رسيدن به حدود طول موج دوبروي ذرات (معمولاً الكترون‌ها يا حفره‌ها)، اثرات كوانتومي ظاهر شده و منجر به گسسته شدن سطوح انرژي و ظاهر شدن زيرترازهاي انرژي (energy subbands) مي‌گردند. امواج صوتي با تأثير يك پالس از ليزر روي يك نوار آلومينيومي توليد مي‌شوند و اين موضع سبب مي‌شود كه اين نوار گسترش يابد و منقبض شود و يك موج مكانيكي از طريق ليزر آبشار كوانتومي ارسال كند.
"توني كنت"(Tony Kent) استاد فيزيك "دانشگاه ناتينگهام" گفت: ما طي اين مطالعه از موج صوتي براي تكان دادن حالت‌هاي الكترونيكي پيچيده در داخل ليزر آبشار كوانتومي استفاده كرديم. ما مي‌توانيم ببينيم كه امواج صوتي در حال تغيير نور خروجي نور تراهرتز است.
پروفسور كانينگهام در انتها افزود: ما توانستيم ميزان توليد نور را با چند درصد كنترل كنيم كه اين يك شروع عالي است. ما معتقديم كه با پالايش بيشتر، مي‌توانيم سازوكار جديدي را براي كنترل كامل انتشار فوتون از ليزر ايجاد كنيم و حتي ممكن است سازه‌هايي را توليد كنيم كه صدا را با ليزر تراهرتز يكپارچه و همگام سازي مي‌كنند تا به منبع صوتي خارجي نيازي نباشد.
منبع:
https://www.beytoote.com/computer/technews/tnews11047065.html