Nukrypstant nuo standartinių modeliavimo metodų, tyrėjų komanda, vadovaujama ETH Ciuricho Fizikos katedros profesorių Giacomo Scalari ir Jerome'o Faisto bei Miuncheno technikos universiteto profesoriaus Christiano Jirauscheko, sukūrė monolitinį blokuotą puslaidininkinį GH lazerį su nuolat ir plačiai derinamu pasikartojimo dažniu nuo 4 iki 16. Įdomu tai, kad jų požiūris turėtų būti tinkamas kitiems puslaidininkiniams lazeriams ir lazerio spinduliuotės bangos ilgiams.
Norėdami tai padaryti, mokslininkai naudojo terahercinį (THz) kvantinį kaskadinį lazerį (QCL), kad sukurtų nuoseklias dažnio šukas. Nors gerai žinoma, kad THz QCL galima naudoti šukoms generuoti, komandos neseniai sukurti planarizuoti THz QCL su patobulintomis mikrobangų savybėmis paskatino juos ištirti stiprų lazerio ertmės moduliavimą naudojant išorines mikrobangas{1}}ir jie atrado keletą naujų puslaidininkinio lazerio veikimo režimų.
„Mūsų prietaisas pagrįstas plokštuminiu THz QCL. Jo aktyviosios srities medžiaga susideda iš galio arsenido (GaAs) ir aliuminio galio arsenido (AlGaAs) supergardelės, plokštelės,-pririštos prie GaAs nešiklio substrato“, – aiškina Urbanas Senica, kuris tuo metu buvo mokslų daktaras. ETH Ciuricho studentas, bet dabar yra Harvardo universiteto nanoskalės optikos laboratorijos doktorantas. "Naudojant fotolitografiją ir sausą ėsdinimą, apibrėžiamas aktyvus keteros bangolaidis, o vėliau planarizuojamas mažo -lūžio polimero benzociklobutenu (BCB). Bangolaidis yra vertikaliai įterptas tarp dviejų išplėstinių metalizavimo sluoksnių, kurie riboja optinį ir mikrobangų režimus ir veikia kaip elektriniai kontaktai lazeriniam įrenginiui pakreipti."
Ši konfigūracija lemia mažus sklidimo nuostolius, sumažina chromatinę dispersiją, padidina šilumos išsklaidymą ir pagerina mikrobangų savybes, nes lazeris yra įterptas į mažo -nuostolio, mažos{1}} varžos mikrobangų bangolaidį.
Aktyvus modeliavimas
Grupės metodas yra pagrįstas aktyviu modelių blokavimu, kuris apima lazerio poslinkio įtampos moduliavimą išoriniu elektriniu signalu, kad būtų sukurta nuoseklių trumpų optinių impulsų seka (dažnio šukos). Ankstesnėse demonstracijose tai veikė tik tuo atveju, jei moduliacijos signalo dažnis buvo sinchronizuotas su laiku, per kurį šviesa keliauja tarp dviejų lazerio veidrodžių (jis nustatomas pagal fizinius ertmės matmenis).
"Mes pademonstravome visiškai naują režimą, kuriame galime nuolat ir plačiai suderinti impulsų traukinio pasikartojimo dažnį net 400%, - sako Senica. "Šis nepaprastas derinamumas pasiekiamas formuojant nuolatinį mikrobangų virpesį visoje lazerio ertmėje, dėl kurio atsiranda impulsų traukimo efektas, kuris pagreitina arba sulėtina optinį impulsą, kad jis visada būtų sinchronizuojamas su išoriniu moduliacijos dažniu."
Mikrobangų krosnelėmis valdomas mikrobangų krosnelės{0}}lusto optinių impulsų greitis
Vienas iš šauniausių šio darbo aspektų yra „mes galime iš esmės valdyti optinių impulsų greitį fotoniniame luste su mikrobangomis“, - sako Senica. "Paprasta analogija tai panašu į vandens bangą, stumiančią banglentininką į priekį. Techniškai kalbant, tarp mikrobangų ir optinio impulso yra nuo dažnio priklausomas fazės poslinkis, o gautas stiprinimo ir praradimo gradientas lemia modifikuotą optinio impulso grupės greitį, kad naujas pasikartojimo dažnis atitiktų išorinio mikrobangų dažnio momentą. modeliavimo rezultatai“.
Visas šis projektas yra kelių metų didelių techninių ir mokslinių pasiekimų, įskaitant plačiajuosčio lazerio aktyviojo regiono projektavimą ir molekulinio pluošto epitaksijos augimą, kulminacija; planarizuotų THz QCL modeliavimas, gamyba ir apibūdinimas; ir platus moduliuotos lazerio ertmės analitinis ir skaitmeninis modeliavimas.
Pagrindinė komandos darbo dalis buvo pažangus jų įrenginių modeliavimas. „Visų pirma, mūsų bendradarbiai TU Miunchene Vokietijoje sukūrė naują modeliavimo metodą, skirtą modeliuoti visą moduliuotą lazerio ertmę“, - sako Senica. "Tai apima lazerio kvantinės sistemos modeliavimą, mikrobangų sklidimą ir optinių impulsų generavimą,{2}}sujungiant tris skirtingus domenus viename modeliavimo tyrime, tiksliai atkuriant eksperimento rezultatus ir suteikiant svarbių įžvalgų apie lazerio dinamiką."
Ryšiai, spektroskopija ir jutikliai
Dėl nuolat ir plačiai derinamų modelių blokuojamų lazerių yra daug galimų ryšių, spektroskopijos ir jutimo programų. „Laiko srityje nuoseklų impulsų seką galima sinchronizuoti su savavališku išoriniu mikrobangų signalu arba derinama vėlinimo linija“, - sako Senica. "Dažnio srityje derinamo režimo atstumas dažnio šukoje gali uždaryti bet kokius spektrinius tarpus."
Tiesą sakant, Senica ir jo kolegos jau demonstravo absorbcijos spektroskopijos eksperimentą, kuriam reikėjo tik paprasto intensyvumo detektoriaus, -o ne stalinio- dydžio spektrometro prietaiso.
„Manome, kad mūsų požiūris taip pat bus gana paprastas įgyvendinant kitų tipų puslaidininkinius lazerius infraraudonuosiuose ir matomuose elektromagnetinio spektro regionuose ir atvers kelią įvairiems pritaikymams“, - sako Senica. "Svarbus aspektas bus optimizuotos mikrobangų savybės ir pažangi tokių įrenginių pakuotė."
