Material growth and device fabrication of terahertz quantum-cascade laser based on bound-to-continuum structure

The terahertz quantum-cascade laser （THz QCL） based on bound-to-continuum structure is demonstrated. The X-ray diffraction measurement of the material shows a high crystalline quality of the active region. A THz QCL device was fabricated with semi-insulating surface-plasmon waveguide. The test device is lasing at about 3 THz and operating up to 60 K. It shows a single frequency property under different drive currents and temperatures. At 9 K, the maximum output power is greater than 2 mW with a threshold current density of 159 A/cm2.     

介质金属膜波导在G波段和4.3THz的传输特性

制作了具有不同介质膜厚度的大口径柔性介质金属膜波导,测试了金属膜波导和介质金属膜波导在G波段、4. 3 THz和中远红外等频段的传输特性.结果表明,波导的传输损耗在G波段随介质膜厚的增加而增加,孔径2. 6mm的金属膜波导在160 GHz传输损耗为2. 1 d B/m且在G波段波导的传输损耗对弯曲不敏感.在4. 3 THZ频点波导的传输损耗随介质膜厚的增加而减小,镀制介质膜可以大幅减小波导的传输损耗以及弯曲附加损耗,孔径3. 6mm介质膜厚为1. 2μm的介质金属膜波导的传输损耗为2. 84 d B/m.光斑能量则随介质膜厚的增加更加集中于低阶传输模式.     

二氧化钒材料相变的太赫兹光谱与阵列成像

二氧化钒是一种具有绝缘态到金属态可逆相变特性的材料,在光器件及信息技术中有非常广泛的应用。分别采用太赫兹频段的光谱测量技术和阵列成像技术研究分析了硅基二氧化钒材料的相变过程。采用傅里叶变换光谱测量系统,获得了整个样品在2.5~20.0 THz频段透射谱和反射谱随温度的变化,分析得到了硅基二氧化钒材料相变的温度范围为334~341 K,对应温差为7 K;得到了相变前后样品对4.3 THz辐射的透过率变化达40%以上,反射率变化接近30%。随后采用一套4.3 THz的阵列成像系统,测量了整个样品在相变前后的太赫兹图像,获得了该材料由金属态转变为绝缘态时,其对4.3 THz激光信号的透过率由6.7%升至50.7%,透过率变化达44%,与傅里叶变换光谱在4.3 THz处的测量结果相当。上述研究结果为硅基二氧化钒材料用于2.5 THz以上电磁辐射的透射调制和反射调制提供了很好的实验数据支撑。     

太赫兹波段金属阵列结构的透射及反射宽谱偏振特性

基于计算机仿真技术(CST)软件对二维金属光栅阵列在0.1~10THz波段的偏振特性进行了数值分析,利用光刻和金属薄膜工艺在500μm厚的高阻硅衬底上沉积了20nm厚的不同结构周期的金属铜光栅阵列,利用傅里叶变换光谱仪测量了该光栅阵列的透射及反射特性。结果表明:在太赫兹宽谱范围内,该光栅阵列的透射和反射都具有良好的偏振特性,且偏振特性范围可通过调整结构周期进行调节;该研究对太赫兹偏振器的进一步研究及应用提供了参考。     

Detection of a directly modulated terahertz light with quantum-well photodetector

We demonstrate a wireless transmission link at 3.9 THz over a distance of 0.5 m by employing a terahertz （Hz） quantum-cascade laser （QCL） and a THz quantum-well photodetector （QWP）. We make direct voltage modulation of the THz QCL and use a spectral-matched THz QWP to detect the modulated THz light from the laser. The small signal model and a direct voltage modulation scheme of the laser are presented. A square wave up to 30 MHz is added to the laser and detected by the THz detector. The bandwidth limit of the wireless link is also discussed.     

太赫兹量子阱探测器的暗电流抑制电路研究

主要研究了太赫兹量子阱探测器读出电路中的暗电流抑制模块。首先从理论上分析了太赫兹量子阱探测器产生暗电流和光电流的原理。由于太赫兹量子阱探测器中电子输运行为非常复杂,难以通过理论推导建立精确等效电路模型的解析表达式。通过对太赫兹量子阱探测器的电流电压实验数据进行拟合,提出压控电流源等效电路模型。利用此模型设计读出电路信号源及暗电流抑制模块,结合读出电路进行仿真验证电路模型的准确性。发现与传统暗电流抑制电路相比,压控电流源电路模型能够在器件工作偏压变化时对其暗电流进行精确抑制,提高读出电路性能,因此更适合作为太赫兹量子阱探测器读出电路的暗电流抑制模块。     

Real-time video signal transmission over a terahertz communication link

A 2.4-m communication link operating at 3.9 THz based on a terahertz quantum cascade laser and a terahertz quantum well photodetector （THz QWP） are introduced. The lumped electrical models of THz QWP for small signals are presented. A discussion of the bandwidth limit of the detecting circuit is presented. Using direct on off-keying modulation and intensity detection, the transmission of digital video signal with a data rate of 2.5 Mb/s is demonstrated. Pseudo-random binary sequences are transmitted to investigate the bit-error rate （BER） at different rates. Result shows the error free transmission when the rate is below 5 Mb/s.     

半绝缘等离子体波导太赫兹量子级联激光器工艺研究

采用气态源分子束外延设备生长了GaAs/AlGaAs束缚态到连续态跃迁结构的太赫兹（THz）量子级联激光器（QCL）有源区结构,研究了半绝缘等离子体波导THz QCL的器件工艺,采用远红外傅里叶变换光谱仪以及探测器测量了器件的电光特性.器件激射频率为32 THz,10 K下的阈值电流密度为275 A/cm². 关键词： 太赫兹 量子级联激光器 波导 器件工艺     

光伏型太赫兹量子阱探测器研究进展

光伏型太赫兹量子阱探测器(PV-THzQWIP)是光伏型量子阱光电探测器(PV-QWIP)在THz波段的扩展,它具有功耗低、暗电流小、噪声水平低以及焦平面阵列(FPAs)热分辨率高等优点,是THz频段技术应用的重要器件之一.文章主要介绍了PV-THzQWIP的工作原理、特点、理论设计及其研究进展.     

基于太赫兹量子阱探测器的太赫兹量子级联激光器发射谱研究

采用一个光谱匹配的太赫兹(THz)量子阱探测器(QWP)研究了一激射频率约为41 THz的THz量子级联激光器(QCL)在不同驱动电流下的发射谱,分析了测量得到的发射谱谱型和谱峰位置,根据测量的发射谱估算了太赫兹量子级联激光器发射功率随驱动电流变化的情况,从而得到了THz QCL激射的电流密度范围及其阈值电流密度.文中还研究了THz QWP在不同温度下对THz QCL 激光辐射的响应特性.研究结果表明,THz QWP在表征THz QCL的发射谱方面是一种很好的探测器,并有望成为未来THz通信中的接收装置. 关键词： 太赫兹量子阱探测器 太赫兹量子级联激光器 太赫兹通信 Fourier变换红外光谱