Обычный лазер светит узкими линиями, как струна, которая звучит только на одной ноте. Для спектроскопии это неудобно: если вещество поглощает свет между линиями, его можно не заметить. Терагерцовый квантово-каскадный лазер — это полупроводниковый чип размером с ноготь, который излучает волны с частотой от 1 до 6 терагерц (триллионов колебаний в секунду). Такие волны проходят сквозь бумагу, пластик и одежду, но не сквозь металл и воду.

Авторы работы подали на лазер дополнительный низкочастотный сигнал — как будто слегка трясут струну, чтобы она зазвучала сразу всеми обертонами. При частоте модуляции меньше 1 гигагерца (миллиарда колебаний в секунду) лазер выдал спектр от 1,9 до 4,1 терагерца — это больше октавы, причём без провалов. Когда частоту модуляции увеличили, отдельные линии слились в сплошное свечение от 3 до 4 терагерц. Такой режим называют суперлюминесцентным: свет остаётся направленным, но теряет чёткие пики, как шум дождя вместо отдельных капель.

Расчёты и компьютерные модели показали, что внутри лазера при этом происходит: световые импульсы бегают по резонатору и сталкиваются, размывая друг друга. Практическая польза — в спектроскопии поглощения: можно за один раз проверить образец на множество веществ, не перестраивая лазер. Такие источники пригодятся для контроля качества лекарств, поиска взрывчатки или изучения газов.