Erinevalt standardsetest modelleerimismeetoditest lõi ETH Zürichi füüsikaosakonna professorite Giacomo Scalari ja Jerome Faisti ning Müncheni Tehnikaülikooli professori Christian Jirauscheki juhitud teadlaste meeskond monoliitse mudellukuga pooljuhtlaseri, mille kordussagedus on 4 kuni 16 pidevalt ja laialdaselt häälestatav. Ja intrigeerivalt peaks nende lähenemisviis toimima ka teiste pooljuhtlaserite ja laserkiirguse lainepikkuste puhul.
Selle eemaldamiseks kasutasid teadlased koherentsete sageduskammide tootmiseks terahertsi (THz) kvantkaskaadlaserit (QCL). Kuigi on hästi teada, et THz QCL-e saab kasutada kammide genereerimiseks, julgustas töörühma hiljutine täiustatud mikrolaineomadustega planariseeritud THz QCL-ide väljatöötamine neid uurima laserõõnsuse tugevat modulatsiooni väliste mikrolainete abil-ja nad avastasid mitu uudset pooljuhtlaseri töörežiimi.
"Meie seade põhineb planariseeritud THz QCL-l. Selle aktiivse piirkonna materjal koosneb galliumarseniidi (GaAs)/alumiiniumgalliumarseniidi (AlGaAs) supervõrest, mis on GaAs kandematerjaliga seotud vahvli{1}}," selgitab Urban Senica, kes oli sel ajal doktorikraad. Üliõpilane ETH Zürichis, kuid on nüüd järeldoktor Harvardi ülikooli nanoskaalaoptika laboris. "Fotolitograafia ja kuivsöövitamise abil määratletakse aktiivne lainejuht, mis seejärel tasandatakse madala -kaoga polümeeri bensotsüklobuteeniga (BCB). Lainejuht asetatakse vertikaalselt kahe laiendatud metalliseeritud kihi vahele, mis piiravad optilist ja mikrolainerežiimi ning toimivad elektrikontaktidena laserseadme eelpingestamiseks."
Selle konfiguratsiooni tulemuseks on väikesed levikaod, väheneb kromaatiline dispersioon, suureneb soojuse hajumine ja paranevad mikrolaine omadused, kuna laser on integreeritud väikese -kaoga, madala-takistusega mikrolainejuhtmesse.
Aktiivne modelleerimine
Meeskonna meetod põhineb aktiivsel mudelilukustamisel, mis hõlmab laseri eelpinge moduleerimist välise elektrisignaali kaudu, et luua koherentsete lühikeste optiliste impulsside jada (sageduskamm). Varasemates demonstratsioonides töötas see ainult siis, kui modulatsioonisignaali sagedus sünkroniseeriti ajaga, mis kulub valguse liikumiseks laseri kahe peegli vahel (see on fikseeritud füüsilise õõnsuse mõõtmetega).
"Me demonstreerisime täiesti uudset režiimi, milles saame pidevalt ja laialdaselt häälestada pulsisageduse kordussagedust kuni 400% võrra, " ütleb Senica. "See erakordne häälestatavus saavutatakse seisva mikrolainevõnku moodustamisega kogu laserõõnsuses, mille tulemuseks on impulsi tõmbamise efekt, mis kiirendab või aeglustab optilist impulssi, et see oleks alati välise modulatsiooni sagedusega sünkroniseeritav."
Kiibi optiliste impulsside kiiruse juhtimine-mikrolainete kaudu
Selle töö üks lahedamaid aspekte on "saame põhimõtteliselt kontrollida optiliste impulsside kiirust fotoonilisel kiibil mikrolainetega, " ütleb Senica. "Lihtsa analoogia järgi on see sarnane veelainele, mis surub surfarit edasi. Tehnilisemalt öeldes on mikrolaine ja optilise impulsi vahel sagedusest -sõltuv faasinihe ning sellest tulenev võimendus-/kaogradient annab tulemuseks optilise impulsi grupi kiiruse muudetud nii, et uus kordussagedus ühtib välise mikrolaineahju sageduse ja selle sageduse vahel. Protsess oli täielikult mõistnud, kui see katse oli hea, kui olime võimelised mõistma, kui see protsess oli hea. simulatsiooni tulemused."
Kogu see projekt on mitme aasta suurte tehniliste ja teaduslike edusammude kulminatsioon, sealhulgas lairiba laseri aktiivse piirkonna projekteerimine ja molekulaarkiire epitaksia kasv; tasapinnaliste THz QCL-ide simuleerimine, valmistamine ja iseloomustamine; ja moduleeritud laserõõnsuse ulatuslikud analüütilised ja numbrilised simulatsioonid.
Meeskonna töö põhiosa hõlmas nende seadmete täiustatud simulatsioone. "Eelkõige töötasid meie Müncheni ülikooli kaastöötajad välja uue simulatsioonimeetodi kogu moduleeritud laserõõnsuse modelleerimiseks, " ütleb Senica. "See hõlmab laseri kvantsüsteemi modelleerimist, mikrolaine levikut ja optilise impulsi genereerimist,{2}}ühendades kolm erinevat domeeni ühes simulatsiooniuuringus, taasesitades täpselt katsetulemused ja pakkudes laserdünaamikast olulisi teadmisi."
Ees ootavad side-, spektroskoopia- ja andurirakendused
Tänu nende pidevalt ja laialdaselt häälestatavatele režiimilukuga laseritele on side, spektroskoopia ja anduri jaoks palju potentsiaalseid rakendusi. "Ajapiirkonna jaoks saab koherentse impulsi jada sünkroonida suvalise välise mikrolainesignaali või häälestatava viivitusliiniga, " ütleb Senica. "Sageduspiirkonna jaoks võib häälestatava režiimi vahe sageduskammi sees sulgeda kõik spektraallüngad."
Tegelikult demonstreerisid Senica ja tema kolleegid juba neeldumisspektroskoopia katset, mis nõudis ainult lihtsat intensiivsusdetektorit, -mitte laua{1}}suurust spektromeetriseadet.
"Usume, et meie lähenemisviisi on suhteliselt lihtne rakendada ka teist tüüpi pooljuhtlaseritega elektromagnetilise spektri infrapuna- ja nähtavates piirkondades ning see sillutab teed paljudele rakendustele, " ütleb Senica. "Oluliseks aspektiks on mikrolaineahju optimeeritud omadused koos selliste seadmete täiustatud pakendamisega."
