Sazer ( anglicky saser , zkratka pro Sound Amplification by Stimulated Emission of Radiation , nazývaný také zvukový , fononový nebo akustický laser ) je generátor koherentních zvukových vln o určité frekvenci . Frekvence záření sazeru obvykle leží v oblasti od několika MHz do 1 THz . Zařízení dostalo svůj název analogií s laserem ( anglicky laser - Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ).
Princip činnosti sazeru je podobný jako u laseru . Ve vícečásticovém systému se dvěma energetickými hladinami vytváří čerpání inverzní populační rozdíl, takže většina částic je ve stavu s vyšší energií. V důsledku samovolného přechodu některé částice přecházejí z horního stavu do spodního s emisí kvanta zvukové vlny - fononu . Takto generované fonony stimulují nucené přechody zbývajících částic systému s emisí fononů zcela podobných těm zárodečným. Výsledkem je generování proudu identických fononů, vnímaných na makroúrovni jako koherentní akustická vlna. I přes podobný princip fungování existuje několik různých typů sazerů, které se liší typem aktivního média [1] .
Aktivním prostředím tohoto laseru jsou dva spřažené optické rezonátory , jejichž frekvence se nepatrně liší. Rezonátor je čerpán laserovým zářením o vysoké frekvenci. Fotony v tomto rezonátoru mají více energie než v sousedním, a proto jsou schopny snížit svou frekvenci a přecházet do druhého rezonátoru s emisí kvanta zvukových vibrací. Frekvence generovaného akustického záření je určena frekvenčním rozdílem mezi dvěma optickými rezonátory. Tento mechanismus lze také považovat za třívlnné parametrické zesílení , ve kterém roli čerpací vlny hraje záření v první dutině, roli signální vlny hraje akustické záření a roli nečinné vlny. se hraje zářením v druhé dutině. Alternativně lze stejný proces popsat jako stimulovaný Mandelstam-Brillouinův rozptyl , tedy jako nepružnou interakci fotonu s atomem s emisí fotonu s nižší frekvencí a fononu [2] .
Sazer na optických rezonátorech byl poprvé implementován v roce 2010 experimentální skupinou z Caltechu [3] . Záření bylo přijímáno na frekvenci 21 MHz.
Princip fungování takového fononového laseru je podobný jako u kvantového kaskádového laseru . Jako aktivní médium v takovém laseru se používá polovodič se supermřížkou . V tomto případě je supermřížka uspořádána tak, že elektrony umístěné v sousedních kvantových jámách mají mírně odlišné energie a jejich energie monotónně klesá v jednom ze směrů. V tomto případě je možné, aby elektron tuneloval z jedné kvantové studny do sousední s emisí fononu. V přítomnosti zárodečného fononu požadované frekvence lze toto tunelování vynutit, čímž je realizována myšlenka laserového zesílení zvukového záření - když se zvuk šíří po mřížce, dochází ke kaskádovému tunelování elektronů se zvýšením počet fononů [2] .
Sazer na elektronických kaskádách byl poprvé implementován v roce 2010 experimentátory z Nottinghamu [4] . V experimentu bylo pozorováno zesílení záření o frekvenci 441 GHz. Experimenty na generaci záření nebyly prováděny. Nutno podotknout, že první pokusy této skupiny o vytvoření satheru se datují do roku 2006 [5] [6] , ale tehdy se jim nepodařilo přesvědčivě prokázat přítomnost amplifikace [7] .
Ve srovnání s optickými lasery mají fononové lasery stejné frekvence mnohem kratší vlnovou délku , což umožňuje mnohem přesnější měření a ostřejší snímky. Také krátká vlnová délka umožňuje fokusovat záření do menšího objemu, což vede k vyšší koncentraci energie v ohnisku. V porovnání s konvenčními zdroji záření mohou fononové lasery generovat záření na mnohem vyšších frekvencích. Například piezoelektrické zdroje nepracují na frekvencích vyšších než několik desítek gigahertzů, zatímco fononové lasery mohou mít frekvence řádově jako frekvence optického záření [2] .
Sasery mají řadu jedinečných vlastností, zejména krátkou vlnovou délku záření a vysokou penetrační sílu, které určují jejich potenciální oblast použití. Například sassery v terahertzovém rozsahu generují vlnovou délku řádově 1 mm . Vezmeme-li v úvahu, že se zvukové vlny mohou šířit do značné hloubky uvnitř pevných látek , lze takové záření použít k získání trojrozměrných obrazů nanostruktur. Kromě toho lze sazerové záření použít k vytvoření periodických struktur v objemu polovodiče, čímž se modulují jeho optické nebo elektronické vlastnosti. V tomto případě se struktura může rychle změnit, zmizet a znovu se objevit. Této vlastnosti lze využít k vytvoření ultrarychlých spínačů nebo ke generování terahertzového elektromagnetického záření – což je v současnosti obtížný technický problém [1] .