单面金属波导太赫兹量子级联激光器的天线模型

太赫兹(THz)量子级联激光器(QCL)是理想的固态THz源,其出射光束的远场特性是THz QCL研究中重要的一部分。实验上,THz QCL的远场光斑常呈多瓣或环形结构,用一般的衍射理论难以解释,为此把激光器看成辐射天线,利用电磁场理论,推导了单面金属波导THz QCL辐射远场场分布和光强分布基本公式。对具有典型参数的THz QCL的远场分布进行了计算。数值结果表明：辐射远场光强分布是不对称的环形结构,且随着激光器的腔长变长,环逐渐变密。可见,THz QCL的天线模型给出了与实验观察一致的结果,说明天线模型更适合于THz QCL远场光束的分析。     

基于THz-QCL自混合干涉的运动传感

基于自混合干涉效应的太赫兹量子级联激光器(THz-QCL)相干测量系统是一种极其灵敏的传感系统。相比于传统的激光测速技术,自混合干涉具有光路自准直、无需额外光电探测器和混频器等优势,使系统的结构更加紧凑;而且,使用太赫兹波进行相干测量,有望提升测速上限。本文采用THz-QCL的自混合干涉技术,研究了系统对于两独立运动目标物的非线性动力学响应特性,给出了自混合信号的多普勒频谱,并通过频谱分析,获得了两目标物的运动速率及方向。研究结果证实了利用THz-QCL自混合干涉系统对目标物进行运动传感的可行性,为高速运动的多目标物测速提供了新的技术手段。     

太赫兹量子级联激光器光注入特性

基于三能级速率方程,研究了独立运行、主从注入和相互注入太赫兹量子级联激光器(THz-QCLs)的相对强度噪声和调制特性。在自由运行情况下,THz-QCL的自发辐射噪声在低频时表现出白噪声特性。与传统的半导体激光器不同,在低频区没有对应于弛豫振荡的共振峰。主从注入可以有效降低THz-QCLs噪声20 dB,提高THz-QCLs低噪声工作的效率。对于互注入THz-QCLs,即使在锁相区,噪声也明显高于自由运行情况。通过应用注入锁定方案,与直接调制方案相比,可以大大增加调制带宽。     

太赫兹量子级联激光器有源区增益分析和设计

太赫兹量子级联激光器(QCL)有源区设计主要包括啁啾超晶格、束缚-连续态跃迁和共振声子等模式。本文利用密度矩阵方法模拟太赫兹QCL光增益谱的基本特征,特别是通过分析太赫兹QCL光增益特性与子带寿命的依赖关系,理解太赫兹QCL对超晶格子带间非辐射跃迁寿命的要求。进而根据这些要求给出一种基于束缚-连续态跃迁和共振声子混合模式的太赫兹QCL有源区设计方案,利用纵光学声子共振帮助缩短束缚-连续态跃迁模式中下辐射态寿命。     

太赫兹自混合干涉成像景深扩展技术

太赫兹波在生物学和危爆物检测等领域有广泛的应用前景,但其在成像上会受到探测器灵敏度的限制。搭建一套基于太赫兹量子级联激光器的自混合相干成像系统,将全息成像技术与自混合干涉测量相结合,实现太赫兹波段的大景深成像。利用自混合收发一体的特性,在不同偏焦程度下,对分辨率板上每毫米2个线对的区域进行二维成像,在偏焦56倍波长条件下得到与焦平面处相同的图像对比度。     

低阈值连续波工作的2.9 THz量子级联激光器

为了获得低阈值连续波工作太赫兹源,采用固源分子束外延技术生长了GaAs/AlGaAs束缚态向连续态跃迁的太赫兹量子级联激光器(QCL)有源区,基于半绝缘-等离子体波导工艺制作了太赫兹量子级联激光器。获得了激光器(腔面未镀高反射膜)的发射光谱和相应的输出特性等性能,其中器件在10 K工作温度、350 mA激励电流下的中心频率为2.93 THz,连续波工作模式的阈值电流密度为156 A/cm2,器件的最大光输出功率为7.84 mW,最高工作温度为62 K。     

太赫兹QCL的电子结构计算和设计

通过电子结构和波函数的设计实现电子选择性注入及粒子数反转是制备太赫兹量子级联激光器(QCL)的基础。本文介绍了求解外场下超晶格QCL电子结构的分区级数解法及非正交基对角化方法,并将计算结果与国际上啁啾超晶格及共振声子模式QCL的相关实验结果进行了对比,二者的精确吻合证明了计算方法的准确性。在此基础上给出了一种共振声子模式QCL超晶格的有源区设计方案,并讨论了外场偏离设计值对QCL特性的影响。     

宽谱太赫兹量子级联激光器的自混合特性

基于传输矩阵理论及多模速率方程,研究了宽谱太赫兹量子级联激光器在不同光反馈强度下的自混合动力学特性.研究发现,在弱反馈下光场自混合对激光器光谱特性影响很小;反射物位置移动时的自混合信号呈正弦规律变化,同时自混合信号幅度随反射物位置的变化表现出周期性调制现象.宽谱量子级联激光器在弱反馈下可以应用于测距、成像及光谱测量.在...