Sazer ( în engleză saser , prescurtare pentru Sound Amplification by Stimulated Emission of Radiation , numit și sunet , phonon sau laser acustic ) este un generator de unde sonore coerente de o anumită frecvență . De obicei, frecvența de radiație a unui sazer se află în regiunea de la câțiva MHz la 1 THz . Dispozitivul și-a primit numele prin analogie cu un laser ( laser în engleză - Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ).
Principiul de funcționare al unui sazer este similar cu cel al unui laser . Într-un sistem multiparticule cu două niveluri de energie, pomparea creează o diferență inversă a populației, astfel încât majoritatea particulelor se află într-o stare cu o energie mai mare. Ca urmare a unei tranziții spontane, unele dintre particule trec din starea superioară în starea inferioară cu emisia unui cuantum al unei unde sonore - un fonon . Fononii astfel generați stimulează tranziții forțate ale particulelor rămase din sistem cu emisia de fononi complet asemănătoare celor de semințe. Ca urmare, se generează un flux de fononi identici, percepuți la nivel macro ca o undă acustică coerentă. În ciuda principiului similar de funcționare, există mai multe tipuri diferite de sazer care diferă prin tipul de mediu activ [1] .
Mediul activ din acest laser este două rezonatoare optice cuplate , ale căror frecvențe diferă cu o cantitate mică. Rezonatorul este pompat cu radiație laser la o frecvență înaltă. Fotonii din acest rezonator au mai multă energie decât în cel învecinat și, prin urmare, sunt capabili să-și scadă frecvența, trecând în al doilea rezonator cu emisia unui cuantum de vibrații sonore. Frecvența radiației acustice generate este determinată de diferența de frecvență dintre cele două rezonatoare optice. Acest mecanism poate fi considerat și ca o amplificare parametrică cu trei unde , în care rolul undei de pompă este jucat de radiația în prima cavitate, rolul undei de semnal este jucat de radiația acustică și rolul undei de relans. este jucat de radiații în a doua cavitate. Alternativ, același proces poate fi descris ca împrăștiere Mandelstam-Brillouin stimulată , adică ca o interacțiune inelastică a unui foton cu un atom cu emisia unui foton de frecvență inferioară și a unui fonon [2] .
Sazer pe rezonatoare optice a fost implementat pentru prima dată în 2010 de un grup experimental de la Caltech [3] . Radiația a fost primită la o frecvență de 21 MHz.
Principiul de funcționare al unui astfel de laser fonon este similar cu cel al unui laser cu cascadă cuantică . Ca mediu activ într-un astfel de laser, se folosește un semiconductor cu o superlatice . În acest caz, superlaticele este dispusă în așa fel încât electronii aflați în puțurile cuantice vecine să aibă energii ușor diferite, iar energia lor să scadă monoton într-una dintre direcții. În acest caz, este posibil ca un electron să facă un tunel de la un puț cuantic la unul vecin cu emisia unui fonon. În prezența unui fonon sămânță de frecvența dorită, această tunelizare poate fi forțată, astfel se realizează ideea amplificării cu laser a radiației sonore - atunci când sunetul se propagă de-a lungul rețelei, tunelarea în cascadă a electronilor are loc cu o creștere a numărul de fononi [2] .
Sazer pe cascade electronice a fost implementat pentru prima dată în 2010 de către experimentatorii din Nottingham [4] . În experiment s-a observat o amplificare a radiației cu o frecvență de 441 GHz. Nu au fost efectuate experimente privind generarea de radiații. De remarcat că primele încercări ale acestui grup de a crea un sather datează din 2006 [5] [6] , dar atunci nu au putut dovedi în mod convingător prezența amplificării [7] .
În comparație cu laserele optice, laserele fononice de aceeași frecvență au o lungime de undă mult mai mică , ceea ce permite măsurători mult mai precise și imagini mai clare. De asemenea, o lungime de undă scurtă face posibilă focalizarea radiației într-un volum mai mic, ceea ce duce la o concentrație mai mare de energie la punctul de focalizare. În comparație cu sursele convenționale de radiație, laserele cu fononi pot genera radiații la frecvențe mult mai mari. De exemplu, sursele piezoelectrice nu funcționează la frecvențe mai mari de câteva zeci de gigaherți, în timp ce laserele fononice pot avea frecvențe de ordinul frecvențelor radiației optice [2] .
Saserii au o serie de proprietăți unice, în special, o lungime de undă scurtă de radiație și o putere mare de penetrare, care determină domeniul lor potențial de aplicare. De exemplu, sasserele din intervalul terahertzi generează o lungime de undă de ordinul a 1 mm . Ținând cont de faptul că undele sonore se pot propaga la o adâncime considerabilă în interiorul solidelor , astfel de radiații pot fi utilizate pentru a obține imagini tridimensionale ale nanostructurilor. În plus, radiația sazer poate fi utilizată pentru a crea structuri periodice în cea mai mare parte a unui semiconductor, modulând astfel proprietățile sale optice sau electronice. În acest caz, structura se poate schimba rapid, dispărea și reapărea. Această proprietate poate fi folosită pentru a crea comutatoare ultrarapide sau pentru a genera radiații electromagnetice terahertzi - care este în prezent o problemă tehnică dificilă [1] .