先行技術を上回るセンシングとイメージングTHzレーザ

December, 28, 2018, Cambridge--MITの研究チームが設計したテラヘルツレーザは､高コントラストパワー､タイトビームパタン､広い電気周波数チューニングの3つの主要性能目標を達成した初めての技術であり､化学センシングやイメージングの広範なアプリケーションにとって貴重なものとなる｡
　最適化されたレーザを使うと､われわれの銀河の起源についてさらに理解を深める目的で､今後のNASAミッションで星間エレメントを検出することができる｡地球では､ハイパワーフォトニックワイヤレーザは､皮膚ガンや乳ガンイメージング改善､薬剤や爆発物の検出などにも使える｡
　レーザの新設計は､マルチ半導体ベース､効率的ワイヤレーザを組み合わせ､それらを｢位相ロック｣､つまり同期発振させる｡アレイに沿ったペアの出力統合が､最小ビーム広がりのシングル､ハイパワービームを作り出す｡結合された個々のレーザの調整により､広い周波数チューニングをして計測における分解能と忠実性を改善できる｡3つ全てのパフォーマンス測定基準を達成するとは､研究チームによると､ノイズ低減､分解能向上､一段と高い信頼性およびコスト効果の優れた化学検出､医療イメージングである｡
　｢チップベースのテラヘルツレーザで､同時に3つ全ての基準を達成したのはわれわれが初めてである｣とNature Photonicsに論文を発表した､筆頭著者､Ali Khalatpour氏はコメントしている。

　以前の設計に立脚して､Khalatpour氏は､思いもよらぬソース､有機化学から着想を得た｡同氏は､両側に配列された原子の長いポリマチェーンに気づいた｡それは｢π結合｣であり､分子軌道がオーバーラップして結合を一段と安定化していた｡研究チームは､π結合コンセプトを開発中のレーザに適用し､他の方法では独立しているワイヤレーザを､アレイに沿って密着させた｡この新しい結合様式により､2つ､もしくは多数のワイヤレーザの位相ロックが可能になる｡
　周波数チューニングを達成するために研究チームは､微小な｢ノブ｣を使って各ワイヤレーザの電流を変えた｡これは､レーザを通過する光､つまり屈折率をわずかに変える｡
　実験では､研究チームは10のπ結合ワイヤレーザアレイを作製した｡レーザは､10GHzにおよぶ連続周波数チューニングで動作し､出力は約50～90mWであった｡これは､アレイに存在するπ結合レーザペアの数に依存する｡ビームは､10°の低いビーム広がり｡これはビームが距離とともに焦点からどの程度外れるかを示している｡
　研究チームは現在､高ダイナミックレンジ､110dB以上のイメージングシステムを作製中であり､皮膚ガンイメージングなど､多くのアプリケーションで利用できるものとなる｡皮膚ガン細胞は､健康な細胞よりもテラヘルツ波を強く吸収するので､潜在的にテラヘルツレーザは､皮膚ガンを検出できる｡しかし､以前にこの目的で使用されていたレーザは､大きくて効率が悪く､周波数チューニングもできない｡研究チームのチップサイズデバイスは､出力でそうしたレーザに匹敵するか､上回っており､チューニング機能も提供する｡
(詳細は, http://news.mit.edu)