Terahertz-Quantenkaskadenlaser erleben einen Durchbruch!

Der Bereich der Lasertechnologie hat mit der Entwicklung bahnbrechender Komponenten für Terahertz (THz)-Quantenkaskadenlaser (QCLs) einen großen Sprung nach vorne gemacht.
Und kürzlich hat eine Gruppe ausländischer Forscher erfolgreich einen breitbandigen monolithischen Auskoppler entwickelt, der die Anwendung und Leistung von Terahertz-Quantenlasern neu definieren und eine breitere Entwicklungsperspektive für das Gebiet eröffnen soll.
Ein neuer Ansatz für das Wellenleiterdesign
Der neue Ausgangskoppler basiert auf einem planaren Bimetall-Wellenleiter, der speziell für die Bewältigung seit langem bestehender Herausforderungen bei Terahertz-Quantenlasern entwickelt wurde, wie z. B. das Design des Reflexionsvermögens und die breitbandige Schmalstrahlemission. Das herausragende Merkmal des Kopplers ist seine Fähigkeit, das Reflexionsvermögen der Spiegel des Wellenleiters fein abzustimmen, was die Forscher durch die Formung der Endebenen mithilfe eines effizienten inversen Designalgorithmus erreichten.
Integrierte Breitband-Patch-Array-Antenne
Das System erzeugt Terahertz-Laserstrahlung, die eng mit einer Breitband-Patch-Array-Antenne integriert ist, einer Kombination von Komponenten, die die Oberflächenemission erleichtert. Das gesamte System, einschließlich aller seiner Komponenten, ist für die Unterstützung eines oktavumspannenden Spektrums im 2-4-Terahertz-Bereich optimiert.
Revolutionäre Laserfrequenzkämme
Diese Fortschritte wurden bei der Demonstration eines breitbandigen oberflächenemittierenden Terahertz-Quantenkaskadenlaser-Frequenzkamms in die Praxis umgesetzt. Dieser spezielle Laserfrequenzkamm hat eine hervorragende Leistung gezeigt. Es verfügt über eine Ausgangsleistung von bis zu 13 Milliwatt (mW), eine optische Bandbreite von mehr als 800 Gigahertz (GHz) und einen Einzelblüten-Fernfeldmodus. Darüber hinaus beträgt die Strahldivergenz sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung weniger als 20 Grad.
Dieses Forschungsergebnis spielt eine Schlüsselrolle bei den nichtlinearen Phasenanpassungsbedingungen des Terahertz-Parametergenerators (is-TPG), der erfolgreich kaskadenartig erzeugte Terahertz-Wellen beobachtet. Die Forscher lösten die Kaskade effektiv durch den Einsatz eines leistungsstarken Seed-Strahls aus, was zur Entdeckung neuer Terahertz-Wellen höherer Ordnung in der Nähe der Endfläche führte.
Dieser Fortschritt ist ein Meilenstein auf dem Gebiet der Terahertz-Wellengewinnung, Parametererkennung und -verstärkung. Es verbessert nicht nur die Ausgangsleistung von Terahertz-Quellen erheblich, sondern eröffnet auch neue Wege für die theoretische Erforschung der parametrischen Terahertz-Wellenerzeugung. Dieser große Durchbruch stellt einen großen Fortschritt auf dem Gebiet der Lasertechnologie dar und eröffnet völlig neue Möglichkeiten für Terahertz-Anwendungen.