太赫兹量子级联激光器

太赫兹技术近年来发展迅速,应用越来越广泛,是当前的热门研究领域。太赫兹量子级联激光器是产生太赫兹辐射的重要器件,对太赫兹量子级联激光器的发展,以及有源区和波导层的设计等进行了详细讨论。     

高输出功率太赫兹量子级联激光器与温度特性

半导体太赫兹量子级联激光器(THz QCL)是一种相干性好线宽窄的太赫兹辐射源,有潜力获得高的输出功率.采用基于非平衡格林函数(NEGF)方法的计算工具设计、生长、制备了基于砷化镓系材料的THz QCL.在10 K温度下,峰值功率达到270 mW,平均功率为2. 4 mW,单位面积的输出功率与已报道的最高值相当.采用NEGF方法对器件的温度变化特性做了详细的分析.     

太赫兹Si/SiGe量子级联激光器波导模拟

波导层结构设计是制备太赫兹(THz)量子级联激光器的关键问题之一.本文基于德鲁得(Drude)模型,利用时域有限差分(FDTD)法,对Si/SiGe量子级联激光器的波导层进行优化设计,从理论上对传统的递变折射率波导、单面金属波导、双面金属波导以及金属/金属硅化物波导横磁模(TM模)的模式损耗和光场限制因子进行了对比分析.结果表明,金属/金属硅化物波导不但可以减小波导损耗,而且有很高的光学限制因子,同时其工艺也比双面金属波导容易实现,为Si/SiGe太赫兹量子级联激光器波导层的设计提供了一定的理论指导.     

高输出功率锥形波导太赫兹量子级联激光器

制作了基于锥形波导结构的高输出功率的太赫兹(THz)量子级联激光器。激光器采用单面金属波导结构,并采用锥形波导形状提高光输出功率,且保证了良好的光斑远场发散角。激光器水平方向远场光斑发散角为18.4?,器件输出中心波长为93 μm(3.23 THz),器件最高输出功率达到了185 mW,最高工作温度为95 K。80 K时,器件的最高脉冲输出功率能达到65 mW。基于如此高的输出功率,制作了液氮杜瓦封装的小型便携式太赫兹激光源。     

单模太赫兹量子级联激光器

为了获得窄线宽太赫兹光源,制作了基于表面金属光栅的单模太赫兹量子级联激光器。通过优化光栅结构,获得了具有较强耦合效率和较低损耗的光栅结构参数。波导结构采用半绝缘表面等离子体波导以便能获得较高的光输出功率。激光器单模激射波长为95μm。10 K时,器件最高单模输出功率达到了43 m W,单模抑制比为18 d B。单模器件工作温度超过70 K,在70 K时,仍然有5 m W的单模输出功率。这种输出性能良好的激光器有望作为太赫兹接收机的本振源。     

太赫兹量子级联激光器研究进展

量子级联激光器(QCL)是一种基于多量子阱子带间跃迁的单极性半导体激光器,激射频率位于中远红外以及太赫兹(THz)波段。在1～5 THz激射频率范围内,THz QCL是最有效的电泵浦THz辐射源,具有结构紧凑、易集成、输出功率高和转换效率高等优点。本文首先对THz QCL的有源区结构、波导结构以及材料体系进行了简介,然后从有源区方面对极限激射频率、高工作温度、大输出功率等高性能THz QCL进行了梳理,接着从波导结构方面对一维光栅、二维光子结构、超表面结构等THz QCL光子工程研究进展进行了综述。另外对主动稳频THz光频梳、被动稳频THz光频梳、THz双光梳等THz QCL光频梳方面的最新研究成果进行了介绍。     

量子级联激光器的热管理研究进展

作为目前最重要的中远红外光源,量子级联激光器(QCL)因独特的性能和频率可拓展至太赫兹(THz)的特点,成为研究的热点.对于QCL,影响其输出功率和工作温度的因素较多,其中高效散热是重要的因素.首先对中红外和太赫兹两种QCL的热管理研究进行了归纳和总结;讨论和分析了两者之间的相似和不同点,主要讨论两种激光器固体侧散热的...     

室温低阈值分布反馈量子级联激光器

报道了室温脉冲工作和低温下连续工作的分布反馈量子级联激光器(DFB-QCL),提出了一种新型波导和光栅制备技术,同时获得了合适的光耦合系数和低的波导损耗.利用这种方法研制出波长为7.7μm的分布反馈量子级联激光器.激光器可以在大的温度范围内(155～320K)实现单模激射,边模抑制比约30dB.DFB-QCL在室温脉冲工作时阈值电流密度为970A/cm2,峰值输出功率达到75mW.该激光器还可以在连续模式下工作,最高工作温度为130K.     

基于电路建模的THz量子级联激光器稳态性能分析

通过改进的三能级速率方程运用电路建模方法建 立了太赫兹(THz)量子级联激光器(QCL,quantum cascade)的一种等效电路模型。模型中, 涉及的非辐射散射时间、自激发射弛豫时间 以及电子逃逸时间均根据器件有源层结构参数通过自洽数值求解获得。采用该模型可运用通 用电路仿真工 具实现对THz QCL器件光电特性的模拟仿真,克服了数值分析方法计算复杂,模拟时间长的 缺点。运 用电路仿真工具PSPICE对3.9THz QCL的稳态特性进行了模拟仿真,并 讨论了温度变化对器件阈值电 流、增益系数、粒子数反转的影响,其分析结果与已报道的理论和实验结果一致,验证了本 方法的适用性和准确性。     

3.4 THz quantum cascade laser operating above liquid nitrogen temperature

Terahertz lasing in a quantum cascade structure in pulsed mode up to a temperature of 87 K at a wavelength of /spl lambda/=88 /spl mu/m (3.4 THz) has been obtained. At 5 K, a peak power of approximately 3.4 mW is observed, with still /spl sim/1 mW at 78 K.     

Porous waveguide facilitated low divergence quantum cascade laser

A quantum cascade laser with a porous waveguide structure emitting at 4.5μm is reported.A branchlike porous structure filled with metal material was fabricated on both sides of the laser ridge by an electrochemical etching process.In contrast to the common ridge waveguide laser,devices with a porous structure give rather better beam quality.Utilizing this porous structure as a high-order mode absorber,the device exhibited fundamental transverse mode emission with a nearly diffraction limited far-field beam divergence angle of 4.9°.     

多孔波导小发散角量子级联激光器

本文报道了激射波长为4.5μm带有多孔结构波导的量子级联激光器,具体器件工艺首先采用电化学腐蚀方法在脊形两侧制作出树枝状多孔结构,后续步骤在其中填充入金属材料。与普通脊形器件相比,带有多孔结构的新型器件具有更好的光束质量。此种半导体-金属混合结构对高阶模光反馈吸收作用较强,可对高阶横模产生明显的抑制作用,最终实现远场发散角达4.9°的基横模激射。     

Complex-coupled quantum cascade distributed-feedback laser

Quantum-cascade distributed-feedback lasers (QCDFB) with a grating close to the active region are reported. Feedback is provided by the grating in a refractive index-dominated coupling scheme. Reliable single-mode emission at /spl lambda//sub cm//spl ap/5.4 /spl mu/m with a side-mode suppression ratio (SMSR) /spl ap/30 dB is observed. The laser is continuously tunable over 40 nm with a coefficient of /spl Delta//spl lambda///spl Delta/T/spl ap/0.37 nm/K in the temperature range from 200 K to 300 K. Comparison with Fabry-Perot QC lasers shows an overall improved performance of QC-DFB lasers.     

On the interdiffusion-based quantum cascade laser

Design procedure for the active region of current pumped quantum cascade laser is proposed, so to achieve maximal gain. Starting with an arbitrary smooth potential, a family of isospectral Hamiltonians with predefined energy spectrum is generated using the inverse spectral theory. By varying the relevant control parameter the potential shape is varied, inducing changes in transition dipole moments and electron-phonon scattering times, and the optimal potential which gives the largest gain is thus found. For purpose of realization, a simple step quantum-well structure with just a few layers is then designed so that in the post-growth heating-induced layer interdiffusion, it will acquire a shape as close as possible to the optimal smooth potential.     

Low-threshold injectorless quantum cascade laser with four material compositions

A new design for an injectorless quantum cascade laser resulting in a threshold current density of 0.57 kA/cm² at 300 K and a maximum operation temperature of 360 K is presented. The active zone is realised in the strain compensated material system Al(In)As-(Ga)InAs using AlAs barriers for increasing the T₀ and InAs for strain compensation. Additionally the laser performance was improved compared to previous work.     

Temporal wavelength multiplexing of quantum cascade laser

A quantum cascade (QC) laser is presented that is both temporally and wavelength multiplexed, i.e. it emits two widely different wavelengths at two alternate time slots. A bidirectional and multi-wavelength QC laser source that emits at 10.8 m wavelength for a positive polarity current and 8.6 m for a negative polarity current was used. A diode based adder circuit was designed to drive the QC laser such that it added two opposite polarity current pulses with a variable time delay. Application of two polarity 100 ns pulse width current pulses at 80 kHz with time delays of 0.5 to 2.5 s resulted in a versatile time and wavelength multiplexed QC laser.     

基于量子级联激光器的自由空间通信

本文展示了基于中红外量子级联激光器的自由空间通信。该系统的基本单元由一个室温下连续工作的分布反馈量子级联激光器和一个中红外探测器组成,通过该系统成功地进行了40MHz正弦波信号和载波为30MHz的调幅视频信号的传输。本研究提供了量子级联激光器用于自由空间光通信的概念性的验证。系统的最高通信频率受限于调制电路带宽,通过使用改进后的调制电路可以大大提升该通信系统的性能。