Крошечный квантовый каскадный лазер может помочь найти воду на Луне

205

Инженеры Центра космических полетов имени Годдарда, НАСА, разработали крошечный, но мощный лазер, который однажды может помочь астронавтам найти воду на Луне. Лазер размером меньше монеты использует квантово-механические эффекты для создания луча в терагерцовом (ТГц) диапазоне, который может выделять скрытую воду.

Уже более десяти лет точно известно, что на Луне есть вода, благодаря таким миссиям, как, например, «Чандраян-1».

Этот орбитальный аппарат сфотографировал лунную поверхность с помощью спектрометра, который измерял отражение и поглощение света с различной длиной волны, что может выявить состав присутствующего материала, включая молекулы воды.

Какими бы полезными ни были эти инструменты, у них не было достаточной чувствительности, чтобы отличить воду от похожих форм, таких как свободные ионы водорода и гидроксил.

Более точные инструменты, называемые гетеродинными спектрометрами, фокусируются на более узких частотных диапазонах, комбинируя входящий свет со светом от лазера в устройстве, а затем измеряя разницу между двумя источниками света.

Инженеры Годдарда разработали одно из таких устройств, которое могло настраиваться на терагерцовые частоты воды.

Существующие генераторы и лазеры, генерирующие терагерцовые волны, представляют собой громоздкие, тяжелые и энергоемкие системы, но им удалось уменьшить свою конструкцию до размера монеты. Для этого команда использовала некоторые странные квантовые эффекты.

Устройство представляет собой так называемый квантово-каскадный лазер, который состоит из серии ультратонких слоев полупроводниковых материалов.

Испускаемые фотоны попадают в эту серию барьеров, а поскольку слои очень тонкие, возрастает вероятность того, что фотоны просто проигнорируют барьеры и появятся по другую сторону, что называется явлением, называемым квантовым туннелированием.

Когда фотон достигает другой стороны, он возбуждает другие фотоны, поэтому к тому времени, когда они проходят через 80–100 слоев устройства, конечным результатом является каскад фотонов с энергией в терагерцовом масштабе. Волновод и тонкая оптическая антенна дольше удерживают луч в фокусе.

Ученые говорят, что даже с блоком питания, процессором и спектрометром вся система может поместиться в устройстве размером с чайник.

Это означает, что в будущем люди вполне могут использовать такой портативный прибор для поиска воды на Луне, Марсе или других объектах.

Хотя предстоит еще много работы, исследователи планируют создать готовую к полету версию для предстоящей программы Artemis, в рамках которой к 2024 году люди вернутся на Луну.

Смотрите также:
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии