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。     

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。     

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。     

太赫兹二级分布反馈量子级联激光器中的模式竞争与功率特性

结合实验和理论计算研究了太赫兹二级分布反馈量子级联激光器中的模式竞争和功率特性.研究表明,激光器在整个动力学范围内均稳定地工作在横向及纵向的基模.横向基模的产生原因是脊条两侧的吸收边界有效提高了高阶横模的损耗.纵向基模的产生原因主要是谐振腔内基模与高阶纵模的电磁场分布交叠较大,并且频率接近,从而有效避免了增益在空间和频域的烧孔效应.此外,激光器的辐射效率随分布反馈光栅长度的增加而减小,导致只有在特定的光栅长度才能获得最大的输出功率.该工作有助于高性能单模太赫兹激光器及锁相激光器阵列的研制.     

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。     

共振声子太赫兹量子级联激光器研究

针对四阱有源区、一阱注入区及三阱有源设计,采用蒙特卡洛模拟方法研究了共振声子太赫兹量子级联激光器的性能差异。采用傅里叶变换光谱仪及远红外探测器测量了四阱共振声子太赫兹量子级联激光器的低温电光特性。详细讨论了提高太赫兹量子级联激光器发射功率的方案。     

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...     

太赫兹量子级联激光器与量子阱探测器研究进展（特邀）

太赫兹量子级联激光器和太赫兹量子阱探测器都是基于子带间电子跃迁的半导体器件,具有体积小、频率可调、响应速度快等优点。其工作波长位于微波波长和红外波长之间,其光谱涵盖了众多气体分子、化合物以及凝聚态物质的频谱特征,在天文观测、公共安全、生物医药等领域中有重大应用前景。近年来,太赫兹量子级联激光器和太赫兹量子阱探测器的性能有了显著提高,其应用也受到关注。回顾了太赫兹量子级联激光器和量子阱探测器的发展历程,简述了其工作原理和器件结构,介绍了器件性能在工作温度、光谱范围等方面的最新进展及其在高分辨光谱、太赫兹成像、无线宽带通信等方面的应用,并在此基础上分析了目前存在的问题和研究热点,对其未来发展进行了展望。     

量子级联激光器的原理及研究进展

量子级联激光器的发明是半导体激光器领域里程碑的发展,开创了中远红外半导体激光的新领域,在红外对抗、毒品和爆炸物检测、环境污染监测、太赫兹成像等方向有广泛的应用前景.本文阐述了量子级联激光器的基本原理、以及材料和器件的研究,结合应用方向对其研究进展进行了综述性介绍.     

基于布拉格反射镜的单模太赫兹量子级联激光器

常规的分布式布拉格反射（DBR）半导体激光器中,增益区域所对应的自由谱间距应大于DBR高反射率带宽的1/2,以获得稳定的单模激射。该条件限制了DBR激光器的阈值和功率特性。文章首次提出并实现了基于DBR选模的太赫兹量子级联激光器（THz-QCL）,并突破了上述限制。作者所实现的THz-QCL采用脊波导结构,利用解理腔面和DBR反射镜构成谐振腔,利用有源区增益谱较窄的特点,通过调整DBR反射率谱使增益谱与DBR高反射带在频域中部分重叠,从而获得了单模激射的THz-QCL。该方案使得DBR高反射带显著宽于自由谱间距,即显著提高了激光器中增益区域的长度,从而降低阈值并提高功率特性。实验上,作者研制出增益区域长达3.6 mm的DBR激光器,单模激射的频率为2.7 THz,边模抑制比达到25 dB,该激光器的阈值和温度特性与相同材料制备的法布里-泊罗腔多模激光器相当。文章中的工作为实现高性能单模太赫兹量子级联激光器提供了新的研究思路。     

量子级联激光器非线性动态特性研究进展

量子级联激光器（Quantum Cascade Laser, QCL）是依赖电子在量子阱子带间跃迁辐射出光子而发生激射的单极型半导体激光器。大量的理论与实验研究已经证明轻微的外部扰动（如光反馈、光注入）或内部足够强的非线性模式耦合能够引起半导体激光器的非线性输出。QCL作为新型半导体器件,具有腔内强度高、子带间光学非线性强以及电子弛豫时间快等特点,激发了学者研究其非线性动力学的兴趣。本文详细综述了QCL的非线性动态特性研究进展情况,探究了QCL非线性动力学性质的产生机理,总结了QCL非线性特性的应用场景。     

Single-mode GaAs/AlGaAs quantum cascade microlasers

Single-mode edge emitting GaAs/A1GaAs quantum cascade microlasers at a wavelength of about 11.4 μm were realized by shortening the Fabry-P6rot cavity length. The spacing of the longitudinal resonator modes is inversely proportional to the cavity length. Stable single-mode emission with a side mode suppression ratio of about 19 dB at 85 K for a 150-μm-long device was demonstrated.     

Single-mode GaAs/AIGaAs quantum cascade microlasers

Single-mode edge emitting GaAs/AlGaAs quantum cascade microlasers at a wavelength of about 11.4μm were realized by shortening the Fabry-Perot cavity length. The spacing of the longitudinal resonator modes is inversely proportional to the cavity length. Stable single-mode emission with a side mode suppression ratio of about 19 dB at 85 K for a 150-μm-long device was demonstrated.     

单模GaAs/AlGaAs短腔长量子级联激光器

通过缩短Fabry-Pérot腔量子级联激光器的腔长,得到了激射波长为11.4μm的单模GaAs/AlGaAs量子级联激光器。纵模间距与F-P腔腔长成反比,腔长为150μm的器件实现了稳定单模激射,在85K时边模抑制比达到19dB。     

基于衍射光栅耦合输出的一级分布反馈太赫兹量子级联激光器

对比研究了两种不同结构太赫兹波段的双金属波导一级分布反馈量子级联激光器(THz-DFB-QCL).提出并实现基于衍射光栅耦合输出的THz-DFB-QCL中,太赫兹波通过衍射光栅而非解理腔面形成出射.计算表明,优化衍射光栅的结构可实现约70%的激光输出效率和小于1%的反射率,激光发散角约为10°×50°.极低的反射率可以有效抑制反射波对腔内谐振的干扰,是获得单模激射的关键.实验上,利用衍射光栅耦合输出的激光器实现了频率约2.58 THz的稳定单模激光,边模抑制比达23 dB,光束分布与理论计算相吻合.得益于较好的衍射效率和光束准直性,相比于常规的解理腔面边发射激光器,通过衍射光栅耦合输出显著提升了激光功率.     

太赫兹量子阱探测器研究进展

太赫兹量子阱探测器具有皮秒级的响应时间和1 GHz以上的高速调制性能,是太赫兹快速成像和高速无线通信应用领域非常有前景的探测器.文章综述了太赫兹量子阱探测器的探测原理和设计方法、器件主要性能指标和基于该探测器的应用技术研究进展.研究表明,基于太赫兹量子阱探测器的快速成像系统可以获得物体的细节信息,有望用于安全检查和无损...