Halbleiter-Terahertz-Laser basierend auf Übergängen zwischen Energieniveaus flacher Verunreinigungen

点击翻译按钮获取中文摘要

Es sollen neuartige Festkörper-Laser für den Spektralbereich des fernen Infrarot (FIR, 1 THz-10 THz) entwickelt werden. Ausgangsmaterial für diese Laser ist monokristallines Silizium, das gezielt mit Fremdatomen (Phosphor, Wismut, Lithium) dotiert wird. Die Besetzungsinversion wird zwischen den Energieniveaus dieser Dotierungsatome erzeugt, indem die Strahlung eines CO2Lasers in den Kristall eingekoppelt wird. Dabei wird die Langlebigkeit spezifischer, energetischer höher gelegener Energieniveaus gegenüber einem niedrigeren Energieniveau ausgenutzt. Der erste Festkörper-Laser, der auf diesem Prinzip beruht, wurde im Vorgängerprojekt mit Phosphor als Dotierungsatom realisiert. Dies ist ein gepulst betriebener Laser mit einer Emission im Bereich von 5 THz. Die Ziele dieses Projektes sind die Charakterisierung und Optimierung des Silizium-Phosphor Lasers, insbesondere die genaue Vermessung seines Emissionsspektrums und die Realisierung eines kontinuierlich strahlenden Lasers. Es sollen erstmalig Wismut-dotierte und Lithium-dotierte Silizium Laser, die einen größeren Frequenzbereich erschließen demonstriert werden und hinsichtlich ihrer Betriebsparameter und Emissionseigenschaften untersucht werden. Die Entwicklung theoretischer Modelle soll die Experimente begleiten. Diese Untersuchungen sind nicht nur von grundlegenden physikalischen Interesse, sondern insbesondere für zahlreiche Anwendungen im Bereich der FIR-Spektroskopie (z.B. Astronomie und Atmosphärenchemie) von Bedeutung, da für diese Anwendungen kompakte und frequenzabstimmbare FIR-Laser benötigt werden.