Il laser del futuro? A Terahertz / The Laser of the Future? The Terahertz

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

L’Istituto nanoscienze del Cnr e l’Università di Pisa hanno creato un nuovo laser che sfrutta la doppia natura delle onde Terahertz, per produrre un fascio molto collimato e a basso consumo. Sarà impiegato per l’analisi spettroscopica dei materiali e nei futuri Lab-on-a-Chip.

Un innovativo laser in grado di emettere un fascio molto focalizzato è stato ottenuto grazie alla duplice natura delle onde Terahertz. Lo studio è stato pubblicato su Light: Science & Applications da un gruppo di ricercatori dell’Istituto nanoscienze del Consiglio nazionale delle ricerche (Nano-Cnr) e dell’Università di Pisa, in collaborazione con la Scuola normale superiore (Sns) e l’Università di Cambridge.

Le onde Terahertz, che penetrano facilmente plastica, vestiti e altri materiali, sono una nuova frontiera della radiologia applicata alla rilevazione di armi o agenti biologici nascosti, o per evidenziare difetti nei materiali, negli imballaggi o nelle opere d’arte. Le Terahertz sono onde elettromagnetiche ‘vicine’ alle microonde e all’infrarosso e hanno una natura ibrida: si propagano sia con le proprietà delle onde – come le onde radio – sia con quelle dei raggi di luce. Per questo è possibile manipolarle combinando le tecniche di questi due campi, sia con antenne che con lenti o specchi.

È quanto è stato fatto nel nuovo laser, da Luca Masini, Alessandro Pitanti, Lorenzo Baldacci, Miriam Vitiello di Nano-Cnr, coordinati da Alessandro Tredicucci dell’Università di Pisa, con l’obiettivo di generare un fascio di onde Terahertz altamente collimato da superare i limiti imposti dai microlaser disponibili finora.

“L’idea originale è quella di utilizzare in un unico dispositivo le due anime della radiazione Terahertz: quella ereditata dalla luce e quella proveniente dalle microonde”, spiega Luca Masini di Nano-Cnr e Sns. “Infatti, per generare la radiazione il dispositivo la tratta come fosse luce, usando un disco di materiale artificiale composto da strati di semiconduttore, mentre per diffonderla verso l’esterno la manipola come un’onda, utilizzando un’antenna in oro integrata nel dispositivo. Il risultato è un’emissione verticale e molto focalizzata che permette di impiegare questo laser in apparecchiature per analisi spettroscopica di materiali e di integrarlo nei nuovi laboratori miniaturizzati, i cosiddetti Lab-On-a-Chip”.

Le onde Terahertz, considerate i raggi X del futuro per le grandi potenzialità di imaging (dai body scanner alla rivelazione di veleni, alle recenti applicazioni per il risparmio idrico), unite a bassi rischi per la salute, sono tra le frontiere della fotonica: “Generare radiazione Terahertz ha rappresentato una sfida scientifica per molti anni”, commenta Alessandro Tredicucci, pioniere di questo settore, “ora la nuova sfida è farne una tecnologia, con dispositivi sempre meno complessi. Il nostro laser, che per la prima volta utilizza un approccio ibrido, va in questa direzione poiché permette di miniaturizzare il dispositivo e ridurre i consumi necessari per il funzionamento”. Il laser è stato sviluppato nell’ambito del progetto europeo ERC SouLMan coordinato da Alessandro Tredicucci.

ENGLISH

The Cnr Institute of Nanoscience and the University of Pisa have created a new laser that exploits the dual nature of the Terahertz waves, to produce a very collimated and low-energy beam. It will be used for spectroscopic analysis of materials and future Lab-on-a-Chip.

An innovative laser capable of emitting a very focussed beam was obtained thanks to the dual nature of the Terahertz waves. The study was published on Light: Science & Applications by a group of researchers from the National Research Institute (Nano-Cnr) and the University of Pisa, in collaboration with the Upper Norman School (Sns) University of Cambridge.

Terahertz waves, which easily penetrate plastic, clothing and other materials, are a new frontier of radiology applied to the detection of hidden weapons or agents, or to highlight defects in materials, packaging, or artwork. The Terahertz are electromagnetic waves 'close' to microwaves and infrared and have a hybrid nature: they propagate both with the properties of waves - like radio waves - and with light rays. This is why it is possible to manipulate them by combining the techniques of these two fields, either with antennas or with lenses or mirrors.

This is what was done in the new laser by Luca Masini, Alessandro Pitanti, Lorenzo Baldacci, Miriam Vitiello of Nano-Cnr, coordinated by Alessandro Tredicucci of the University of Pisa, with the aim of generating a bundle of Terahertz waves highly collimated by Exceed the limits imposed by the available microlasers.

"The original idea is to use the two souls of Terahertz radiation in one device: the one inherited from light and that from the microwave," explains Luca Masini of Nano-Cnr and Sns. "In fact, to create radiation, the device treats it as light, using a disc of artificial material consisting of semiconductor layers, while spreading it outward as a wave using a gold-plated antenna in the device. The result is a vertical and highly focused emission that allows this laser to be used in spectroscopic material analysis equipment and to integrate it into new miniaturized laboratories, the so-called Lab-On-a-Chip. "

Terahertz waves, considering the X-rays of the future for great imaging potential (from body scanners to poison detection, to recent water-saving applications), combined with low health risks, are among the boundaries of photonics: " Generating radiation Terahertz has been a scientific challenge for many years, "says pioneer Alessandro Tredicucci," now the new challenge is to make it a technology with less and less complex devices. Our laser, which for the first time uses a hybrid approach, goes in this direction as it allows to miniaturize the device and reduce the power consumption required for its operation. " The laser was developed under the European project ERC SouLMan coordinated by Alessandro Tredicucci.

Da:

https://www.galileonet.it/2017/06/il-laser-del-futuro-a-terahertz/?utm_campaign=Newsatme&utm_content=Il%2Blaser%2Bdel%2Bfuturo%3F%2BA%2BTerahertz&utm_medium=news%40me&utm_source=mail%2Balert