A Sazer ( angolul saser , a Sound Amplification by Stimulated Emission of Radiation rövidítése , más néven hang , fonon vagy akusztikus lézer ) egy meghatározott frekvenciájú koherens hanghullámok generátora . A sazer sugárzási frekvenciája jellemzően néhány MHz és 1 THz közötti tartományban van . Az eszköz a nevét a lézerrel ( angolul laser - Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ) kapta.
A sazer működési elve hasonló a lézeréhez . A két energiaszintű többrészecskés rendszerben a szivattyúzás inverz populációkülönbséget hoz létre, így a részecskék többsége magasabb energiájú állapotban van. A spontán átmenet eredményeként a részecskék egy része a felső állapotból az alsó állapotba kerül egy hanghullám kvantum - egy fonon - kibocsátásával . Az így keletkezett fononok a rendszer többi részecskéinek kényszerített átmeneteit stimulálják , a magvakhoz teljesen hasonló fononok kibocsátásával. Ennek eredményeként azonos fononok folyama keletkezik, amelyet makroszinten koherens akusztikus hullámként érzékelnek. A hasonló működési elv ellenére számos különböző típusú sazer létezik, amelyek az aktív közeg típusában különböznek [1] .
Ebben a lézerben az aktív közeg két összekapcsolt optikai rezonátor , amelyek frekvenciái kis mértékben különböznek egymástól. A rezonátort nagyfrekvenciás lézersugárzással pumpálják. A fotonok ebben a rezonátorban több energiával rendelkeznek, mint a szomszédosban, ezért képesek csökkenteni a frekvenciájukat, és egy hangrezgés-kvantum kibocsátásával átjutnak a második rezonátorba. A keletkező akusztikus sugárzás frekvenciáját a két optikai rezonátor közötti frekvenciakülönbség határozza meg. Ez a mechanizmus egy háromhullámú parametrikus erősítésnek is tekinthető , amelyben az első üregben a pumpahullám szerepét a sugárzás, a jelhullám szerepét az akusztikus sugárzás és az üresjárati hullám szerepét tölti be. a második üregben lévő sugárzás játssza. Alternatív megoldásként ugyanez a folyamat leírható stimulált Mandelstam-Brillouin szórásként , azaz egy foton és egy atom rugalmatlan kölcsönhatásaként, alacsonyabb frekvenciájú foton és egy fonon kibocsátásával [2] .
A Sazert optikai rezonátorokon először 2010-ben vezette be a Caltech kísérleti csoportja [3] . A sugárzást 21 MHz frekvencián vették.
Az ilyen fononlézer működési elve hasonló a kvantumkaszkádlézeréhez . Aktív közegként egy ilyen lézerben szuperrácsos félvezetőt használnak . Ebben az esetben a szuperrács úgy van elrendezve, hogy a szomszédos kvantumkutakban elhelyezkedő elektronok energiája kissé eltérő, és energiájuk az egyik irányban monoton csökken. Ebben az esetben lehetséges, hogy egy elektron az egyik kvantumkútból a szomszédosba alagútba vonuljon egy fonon kibocsátásával. A kívánt frekvenciájú magfonon jelenlétében ez az alagút kikényszeríthető, így megvalósul a hangsugárzás lézeres erősítésének ötlete - amikor a hang a rács mentén terjed, az elektronok kaszkád alagútja megy végbe a hangsugárzás növekedésével. a fononok száma [2] .
A Sazert elektronikus kaszkádokon először 2010-ben vezették be a nottinghami kísérletezők [4] . A kísérletben a sugárzás 441 GHz-es frekvenciájú felerősödését figyelték meg. Nem végeztek kísérleteket a sugárzás generálására. Megjegyzendő, hogy ennek a csoportnak az első próbálkozásai a sather létrehozására 2006-ra nyúlnak vissza [5] [6] , de akkor nem tudták meggyőzően bizonyítani az amplifikáció jelenlétét [7] .
Az optikai lézerekhez képest az azonos frekvenciájú fononlézerek sokkal rövidebb hullámhosszúak , ami sokkal pontosabb méréseket és élesebb képeket tesz lehetővé. Ezenkívül a rövid hullámhossz lehetővé teszi a sugárzás kisebb térfogatra fókuszálását, ami magasabb energiakoncentrációhoz vezet a fókuszpontban. A hagyományos sugárforrásokhoz képest a fononlézerek sokkal magasabb frekvenciájú sugárzást tudnak generálni. Például a piezoelektromos források nem működnek több tíz gigahertz feletti frekvencián, míg a fononlézerek az optikai sugárzási frekvenciák nagyságrendjébe eshetnek [2] .
A saserek számos egyedi tulajdonsággal rendelkeznek, különösen a rövid sugárzási hullámhossz és a nagy áthatolóképesség, amelyek meghatározzák potenciális alkalmazási területüket. Például a terahertz tartományban lévő sasserek 1 mm nagyságrendű hullámhosszt generálnak . Figyelembe véve, hogy a hanghullámok jelentős mélységig terjedhetnek a szilárd testekben , az ilyen sugárzás felhasználható nanostruktúrák háromdimenziós képeinek készítésére. Ezenkívül a sazer-sugárzás felhasználható periodikus struktúrák létrehozására a félvezetők nagy részében, ezáltal modulálva annak optikai vagy elektronikus tulajdonságait. Ebben az esetben a szerkezet gyorsan megváltozhat, eltűnhet és újra megjelenhet. Ez a tulajdonság használható ultragyors kapcsolók létrehozására vagy terahertzes elektromágneses sugárzás generálására - ami jelenleg nehéz műszaki probléma [1] .