Un laser ordinaire émet des raies fines, comme une corde qui ne joue qu'une seule note. Pour la spectroscopie, c'est gênant : si une substance absorbe la lumière entre les raies, on peut ne pas la remarquer. Le laser à cascade quantique térahertz est une puce semi-conductrice de la taille d'un ongle qui émet des ondes de 1 à 6 térahertz (des billions d'oscillations par seconde). Ces ondes traversent le papier, le plastique et les vêtements, mais pas le métal ni l'eau.

Les auteurs de l'étude ont appliqué au laser un signal basse fréquence supplémentaire — comme si l'on secouait légèrement la corde pour qu'elle résonne avec tous ses harmoniques à la fois. Avec une fréquence de modulation inférieure à 1 gigahertz (un milliard d'oscillations par seconde), le laser a produit un spectre de 1,9 à 4,1 térahertz — plus d'une octave, sans creux. Lorsque la fréquence de modulation a été augmentée, les raies distinctes se sont fondues en une émission continue de 3 à 4 térahertz. Ce régime est appelé super luminescent : la lumière reste directionnelle, mais perd ses pics nets, comme le bruit de la pluie au lieu de gouttes individuelles.

Les calculs et les modèles informatiques ont montré ce qui se passe à l'intérieur du laser : les impulsions lumineuses courent dans la cavité et se heurtent, se brouillant mutuellement. L'intérêt pratique réside dans la spectroscopie d'absorption : on peut vérifier un échantillon pour de nombreuses substances en une seule fois, sans réaccorder le laser. De telles sources seront utiles pour le contrôle qualité des médicaments, la détection d'explosifs ou l'étude des gaz.