基于射频调制技术的宽谱太赫兹量子级联激光器研究

批准号:
61704181
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
万文坚
依托单位:
学科分类:
F0403.半导体光电子器件与集成
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
李子平、刘燕、付亚州
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中文摘要
均匀宽谱和电泵浦的太赫兹波段半导体辐射源应用前景广阔,包括光谱技术、化学传感和气体鉴定等。在1~5 THz频率范围内,量子级联激光器是一种重要的半导体辐射源,基本原理是电子在多量子阱结构中子带间跃迁辐射光子。然而正是由于这种有限的子带间跃迁特性限制了有源区增益带宽,结果影响了激光器发射谱谱宽。在太赫兹量子级联激光器上加入射频调制,当射频调制频率与纵模间隔相当时,边模得到增强,从而激光光谱范围变宽,几乎达到有源区增益谱范围,并且激光器模式间距将精确锁定到调制频率。如果以宽增益谱材料为有源区,外加射频调制,激光器有望实现稳定的宽发射谱输出。本项目提出一种宽谱太赫兹量子级联激光器,有源区由多个异质结构堆叠而成具有很宽的增益谱,在射频调制的作用下,光谱均匀展宽达到增益谱宽度,预期形成谱宽超过1THz、模数过百的高分辨率宽发射谱。
英文摘要
Homogeneous broadband and electrically pumped semiconductor radiation sources emitting in the terahertz regime are highly desirable for various applications, including spectroscopy, chemical sensing, and gas identification. In the frequency range between 1 and 5 THz, unipolar quantum cascade lasers employing electron inter-subband transitions in multiple-quantum-well structures are the most powerful semiconductor light sources. However, these devices are normally characterized by a narrow emission spectrum due to the narrow gain bandwidth of the inter-subband optical transitions. Terahertz quantum cascade lasers can be modulated by a RF signal. When the frequency of the signal is equal to laser mode spacing, each side mode will be enhanced, thus the emission spectrum will be broadened, even reach to the width of gain medium, and the laser mode spacing will be locked to the modulation frequency. If the active region has a wide gain spectrum, and a RF modulation is applied simultaneously, the laser is expected to output stable broadband emission spectrum..Here, we propose a homogeneous broad terahertz semiconductor quantum cascade laser. The active region with heterogeneous stacks provides a broadband gain medium. Under the radio frequency modulation, the emission spectrum spans to the gain spectrum width. A high-resolution homogeneous broadband spectrum with spectral bandwidth more than 1 THz and mode number more than one hundred, is expected.
均匀宽谱和电泵浦的太赫兹波段半导体辐射源应用前景广阔,包括光谱技术、化学传感和气体鉴定等。在1~5 THz频率范围内,量子级联激光器是一种重要的半导体辐射源,其基本原理是电子在多量子阱结构中子带间跃迁辐射光子。激光器中有源区增益带宽、谐振腔特性以及外加射频调制等因素均会影响发射谱宽度。本项目研制了基于射频调制技术的宽谱太赫兹量子级联激光器,激射频率约4 THz,有源区具有很宽的增益谱,在射频调制作用下,发射谱均匀展宽,单个电流下谱宽达300 GHz,整个驱动电流下谱宽达700 GHz。另外采用15 mm超长谐振腔,激光模式间隔低至2.45 GHz,射频调制后单个电流下可激发90个纵模,整个驱动电流下纵模数约106个。这种高分辨的均匀宽发射谱在太赫兹光谱技术中具有重要的应用价值。最后,还开展了基于射频调制宽谱太赫兹量子级联激光器的太赫兹光频梳研究,实现了被动稳频太赫兹光频梳以及太赫兹双光梳。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:--
发表时间:2020
期刊:中国激光
影响因子:--
作者:万文坚;黎华;曹俊诚
通讯作者:曹俊诚
DOI:10.1088/1674-1056/aba945
发表时间:2020-08
期刊:Chinese Physics B
影响因子:1.7
作者:Z. Tan;W. Wan;Juncheng Cao
通讯作者:Z. Tan;W. Wan;Juncheng Cao
Homogeneous spectral broadening of pulsed terahertz quantum cascade lasers by radio frequency modulation
通过射频调制实现脉冲太赫兹量子级联激光器的均匀光谱展宽
DOI:10.1364/oe.26.000980
发表时间:2018-01-22
期刊:OPTICS EXPRESS
影响因子:3.8
作者:Wan, W. J.;Li, H.;Cao, J. C.
通讯作者:Cao, J. C.
Reflective scanning imaging based on a fast terahertz photodetector
基于快速太赫兹光电探测器的反射扫描成像
DOI:10.1016/j.optcom.2018.06.030
发表时间:2018-11-15
期刊:OPTICS COMMUNICATIONS
影响因子:2.4
作者:Qiu, Fucheng;Tan, Zhiyong;Cao, Juncheng
通讯作者:Cao, Juncheng
Terahertz optical scanning imaging of motionless polyurethane insulation materials
静止聚氨酯绝缘材料的太赫兹光学扫描成像
DOI:10.1049/el.2019.2282
发表时间:2019-09
期刊:Electronics Letters
影响因子:1.1
作者:F. C. Qiu;Z. Y. Tan;C Wang;Z. L. Fu;W. J. Wan;J. C. Cao
通讯作者:J. C. Cao
基于太赫兹量子级联激光器的光混频及其高分辨光谱应用研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:53万元
- 批准年份:2022
- 负责人:万文坚
- 依托单位:
基于超长腔超宽谱太赫兹量子级联激光器的高分辨太赫兹光频梳研究
- 批准号:21ZR1474600
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:0.0万元
- 批准年份:2021
- 负责人:万文坚
- 依托单位:
国内基金
海外基金
