Sazer ( englanniksi saser , lyhenne sanoista Sound Amplification by Stimulated Emission of Radiation , jota kutsutaan myös ääni- , fononi- tai akustiseksi laseriksi ) on tietyn taajuuden koherenttien ääniaaltojen generaattori . Tyypillisesti sazerin säteilytaajuus on alueella useista MHz - 1 THz . Laite sai nimensä analogisesti laserin kanssa ( englanniksi laser - Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ).
Sazerin toimintaperiaate on samanlainen kuin laserin . Monihiukkasjärjestelmässä, jossa on kaksi energiatasoa, pumppaus saa aikaan käänteisen populaatioeron, jolloin suurin osa hiukkasista on tilassa, jossa on korkeampi energia. Spontaanien siirtymän seurauksena osa hiukkasista siirtyy ylemmästä tilasta alempaan tilaan lähettäen ääniaallon kvantin - fononin . Tällä tavalla syntyneet fononit stimuloivat järjestelmän jäljellä olevien hiukkasten pakkosiirtymiä ja lähettävät täysin samanlaisia fononeja kuin siemenpartikkelit. Tämän seurauksena syntyy identtisten fononien virta, joka havaitaan makrotasolla koherenttina akustisena aaltona. Samanlaisesta toimintaperiaatteesta huolimatta on olemassa useita erilaisia sazer-tyyppejä, jotka eroavat aktiivisen väliaineen tyypistä [1] .
Tämän laserin aktiivinen väliaine on kaksi kytkettyä optista resonaattoria , joiden taajuudet vaihtelevat vähän. Resonaattoriin pumpataan lasersäteilyä korkealla taajuudella. Tämän resonaattorin fotoneilla on enemmän energiaa kuin viereisessä, ja siksi ne pystyvät alentamaan taajuuttaan siirtyen toiseen resonaattoriin äänivärähtelykvantin lähettämällä. Syntyneen akustisen säteilyn taajuus määräytyy kahden optisen resonaattorin välisen taajuus-eron perusteella. Tätä mekanismia voidaan pitää myös kolmiaaltoisena parametrisena vahvistuksena , jossa pumppuaallon roolia on säteily ensimmäisessä ontelossa, signaaliaallon roolia akustinen säteily ja tyhjäkäyntiaallon rooli. pelataan säteilyllä toisessa ontelossa. Vaihtoehtoisesti samaa prosessia voidaan kuvata stimuloiduksi Mandelstam-Brillouin-sironnaksi , toisin sanoen fotonin joustamattomaksi vuorovaikutukseksi atomin kanssa alemman taajuuden fotonin ja fononin emissiolla [2] .
Caltechin kokeellinen ryhmä otti Sazerin käyttöön optisissa resonaattoreissa vuonna 2010 [3] . Säteilyä vastaanotettiin 21 MHz taajuudella.
Tällaisen fononilaserin toimintaperiaate on samanlainen kuin kvanttikaskadilaserin . Aktiivisena väliaineena tällaisessa laserissa käytetään puolijohdetta , jossa on superhila . Tässä tapauksessa superhila on järjestetty siten, että viereisissä kvanttikuivoissa sijaitsevilla elektroneilla on hieman eri energiat ja niiden energia pienenee monotonisesti johonkin suuntaan. Tällöin elektronin on mahdollista tunneloida yhdestä kvanttikuivasta viereiseen fononin emission avulla. Halutun taajuuden siemenfononin läsnäollessa tämä tunnelointi voidaan pakottaa, jolloin ajatus äänisäteilyn laservahvistuksesta toteutuu - kun ääni etenee hilaa pitkin, tapahtuu elektronien kaskaditunnelointia lisääntyessä fononien lukumäärä [2] .
Nottinghamin kokeilijat ottivat ensimmäisen Sazerin käyttöön elektronisissa kaskadeissa vuonna 2010 [4] . Kokeessa havaittiin säteilyn vahvistumista taajuudella 441 GHz. Kokeita säteilyn tuottamisesta ei suoritettu. On huomattava, että tämän ryhmän ensimmäiset yritykset luoda satheri ovat peräisin vuodelta 2006 [5] [6] , mutta silloin he eivät pystyneet vakuuttavasti todistamaan vahvistuksen olemassaoloa [7] .
Optisiin lasereihin verrattuna samalla taajuudella olevilla fononlasereilla on paljon lyhyempi aallonpituus , mikä mahdollistaa paljon tarkemmat mittaukset ja terävämmät kuvat. Lisäksi lyhyt aallonpituus mahdollistaa säteilyn fokusoinnin pienempään tilavuuteen, mikä johtaa korkeampaan energiapitoisuuteen tarkennuspisteessä. Perinteisiin säteilylähteisiin verrattuna fononilaserit voivat tuottaa säteilyä paljon korkeammilla taajuuksilla. Esimerkiksi pietsosähköiset lähteet eivät toimi useiden kymmenien gigahertsien taajuuksilla, kun taas fononilaserien taajuudet voivat olla optisen säteilyn taajuuksien luokkaa [2] .
Saserilla on useita ainutlaatuisia ominaisuuksia, erityisesti lyhyt säteilyn aallonpituus ja korkea läpäisykyky, jotka määrittävät niiden mahdollisen käyttöalueen. Esimerkiksi terahertsialueen sasserit tuottavat aallonpituuden, joka on luokkaa 1 mm . Kun otetaan huomioon, että ääniaallot voivat levitä huomattavaan syvyyteen kiinteiden aineiden sisällä , tällaista säteilyä voidaan käyttää kolmiulotteisten kuvien saamiseksi nanorakenteista. Lisäksi sazer-säteilyä voidaan käyttää luomaan jaksollisia rakenteita suurimmassa osassa puolijohteita, mikä moduloi sen optisia tai elektronisia ominaisuuksia. Tässä tapauksessa rakenne voi nopeasti muuttua, kadota ja ilmestyä uudelleen. Tätä ominaisuutta voidaan käyttää ultranopeiden kytkimien luomiseen tai terahertsin sähkömagneettisen säteilyn tuottamiseen - mikä on tällä hetkellä vaikea tekninen ongelma [1] .