Современный терагерцовый спектрометр позволяет определять практически все вещества: в часть спектра, который такой прибор фиксирует, попадает излучение, которое дает большинство конденсированных сред — жидкостей, твердых тел, живых тканей — и, конечно, взрывчатых материалов.

Георгий Томин / ПРОВЭД. РФ
Альтернатива компактному спектрографу.

Однако сам аппарат довольно громоздкий и медленный: ему нужен источник излучения размером с системный блок, а анализ одного образца занимает до получаса — не самый удобный способ искать взрывчатку в аэропорту.

В традиционных спектрометрах измеряется реакция анализируемого вещества на излучение с определенной частотой, и для каждой частоты делается новый замер — а для этого нужны, в том числе, механические манипуляции с аппаратом. Именно поэтому в традиционных спектрометрах анализ занимает много времени.

Ответ разработчиков из Массачусетского технологического — квантовый каскадный лазер (ККЛ). Размером он с микросхему, а результат выдает за 100 микросекунд.

Как и все электрические лазеры, ККЛ «гоняет» электромагнитную волну в активной среде туда-сюда до тех пор, пока ее энергия не позволит ей выйти наружу. Чтобы упорядочить частоты волн, выдаваемых лазером, инженеры в MIT использовали частотную гребенку. Она генерирует упорядоченные по длине волны серии импульсов.

Метод испытали на материале, спектр которого был просчитан заранее, и результаты оказались очень точными.

Но есть одна проблема: хоть сами квантовые каскадные лазеры очень маленькие, их нужно охлаждать до очень низких температур, а холодильник занимает много места. Разработчики работают над повышением рабочей температуры и над другими способами решить вопрос. Например, можно охлаждать прибор не все время, а только в те доли секунды, когда лазер работает.

Эксперты называют применение ККЛ в спектрографах прорывом — возможно, эта технология позволит создать очень компактные и очень быстрые спектрометры, которые можно будет применять где угодно — в том числе в аэропортах для потокового сканирования багажа. Тогда у тех, кто проходит контроль, не останется ни одного шанса пронести на борт запрещенное вещество.