Qu’est-ce que le Laser à cascade quantique (LCQ) ?
Le Laser à cascade quantique (LCQ) est une variante de laser à semi-conducteur qui utilise des transitions quantiques dans une cascade de niveaux d’énergie pour émettre de la lumière. Cette technologie est capable de fournir des émissions de lumière infrarouge et térahertz haute puissance et haute résolution spectrale. Le LCQ est un outil de pointe dans la recherche en physique quantique et en spectroscopie, ainsi que dans l’imagerie thermique et la détection de gaz.
Le LCQ a été développé dans les années 1990 par des chercheurs de l’Université de Harvard et du MIT. Depuis, la technologie a été continuellement améliorée, augmentant la puissance, la résolution spectrale et la longueur d’onde de l’émission de lumière.
Fonctionnement du LCQ
Le fonctionnement du LCQ est basé sur des transitions quantiques entre des états excités. Les électrons sont pompés dans des niveaux d’énergie élevés à l’aide d’une source de courant électrique. À mesure que les électrons se déplacent dans la structure de semi-conducteur, ils passent par une cascade de niveaux d’énergie, émettant de la lumière à chaque transition.
Le LCQ utilise un système de cavité optique pour amplifier la lumière émise, produisant ainsi une émission laser cohérente. La fréquence de l’émission peut être ajustée en fonction des niveaux d’énergie des électrons, permettant aux scientifiques de contrôler précisément la longueur d’onde de la lumière émise.
Applications du LCQ
Le LCQ est largement utilisé dans la recherche en physique quantique, en spectroscopie et en imagerie thermique. Il est utilisé pour étudier les propriétés quantiques des matériaux et des molécules, ainsi que pour détecter des gaz tels que le CO2, le CO, le NH3 et le CH4.
Le LCQ est également utilisé dans l’industrie de la défense pour la détection de substances dangereuses et l’imagerie thermique. Il est également utilisé dans l’industrie électronique pour la production de semi-conducteurs haute puissance.
Exemple d’utilisation du LCQ
Une application courante du LCQ est la détection de gaz. En utilisant la spectroscopie infrarouge, les scientifiques peuvent identifier les molécules de gaz en détectant les transitions quantiques uniques à chaque molécule. Le LCQ peut détecter des gaz à des concentrations aussi faibles que quelques parties par milliard, ce qui le rend extrêmement utile pour la surveillance environnementale.
Par exemple, le LCQ est utilisé pour détecter les émissions de gaz à effet de serre telles que le CO2 et le méthane. Les mesures précises de ces gaz sont essentielles pour comprendre l’impact de l’activité humaine sur le climat de la Terre et pour soutenir les politiques de réduction des émissions. Le LCQ est également utilisé pour détecter les émissions de gaz industrielles et les fuites de gaz naturel, aidant ainsi à prévenir les accidents et les catastrophes environnementales.
