رویکرد جدید برای لیزرهای چند وات تراهرتز

بالاترین راندمان تابشی برای هر لیزر آبشار کوانتومی نیمه هادی تک موج

یک مرحله قفل کردن فاز برای لیزرهای پلاسمونی ایجاد شده است که در آن ، امواج سطح موج به صورت طولی چندین ریزگرد فلزی را در یک آرایه لیزر سطح انتشار می کنند.

لیزرهای تراهرتز به دلیل توانایی نفوذ در مواد بسته بندی معمولی مانند پلاستیک ، پارچه و مقوا مورد توجه قرار گرفته و مورد استفاده قرار گرفته و برای شناسایی و کشف انواع مواد شیمیایی و گونه های بیومولکولی و حتی برای تصویربرداری از برخی از انواع بافت های بیولوژیکی مورد استفاده قرار می گیرد. بدون ایجاد صدمه تحقق پتانسیل استفاده از لیزرهای تراهرتز برای افزایش شدت و روشنایی آنها ، که با افزایش توان خروجی و کیفیت پرتو حاصل می شود. سوشیل کومار ، دانشیار گروه مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه لیگی و تیم تحقیقاتی وی در خط مقدم فناوری لیزر آبشار کوانتومی نیمه هادی terahertz (QCL) کار می کنند. Kumar ، Jin و John L. Reno از Sandia یک روش جدید قفل کردن مرحله برای لیزرهای پلاسمونی ایجاد کرده اند و از طریق استفاده از آن ، به یک رکورد قدرت رکورد بالا برای لیزرهای تراهرتز دست یافته اند. لیزر آنها بالاترین راندمان تابشی را برای هر لیزر آبشار کوانتومی نیمه موج رسانای تک موج ایجاد کرده است.

کومار گفت: "به بهترین دانش ما ، بازده تابشی لیزرهای تراهرتز ما بالاترین نشان داده شده برای هر QCL تک موج به روز است و اولین گزارش از راندمان تابشی بیش از 50٪ در چنین QCL ها است." . "چنین راندمان پرتویی بالا انتظارات ما را برآورده می کند ، و همچنین یکی از دلایلی است که باعث می شود توان خروجی از لیزر ما به میزان قابل توجهی از آنچه قبلاً به دست آمده است ، باشد." برای افزایش توان تولید نوری و کیفیت پرتوهای لیزرهای نیمه هادی ، دانشمندان غالباً از قفل فاز ، یک سیستم کنترل الکترومغناطیسی استفاده می کنند که آرایه ای از حفره های نوری را مجبور به انتشار تابش در مرحله قفل می کند. QCL های Terahertz ، که از حفره های نوری با روکش فلزی برای محصور کردن نور استفاده می کنند ، طبقه ای از لیزرهای پلاسمونی هستند که به دلیل خواص تابشی ضعیف بدنام هستند. آنها می گویند فقط تعداد محدودی از تکنیک های موجود در ادبیات قبلی وجود دارد که می تواند با استفاده از آن در بهبود بازده تابشی و توان خروجی چنین لیزرهای پلاسمونیکی با حاشیه های قابل توجه استفاده شود.

جین می گوید: "مقاله ما یک طرح جدید قفل کردن مرحله برای لیزرهای پلاسمونی را نشان می دهد که کاملاً متفاوت از تحقیقات قبلی در مورد لیزرهای قفل شده با فاز در ادبیات گسترده در مورد لیزرهای نیمه هادی است." "روش نشان داده شده استفاده از امواج سطح تابش اشعه الکترومغناطیسی به عنوان ابزاری برای قفل شدن مرحله از حفره های نوری پلاسمونیک است. اثربخشی این روش با دستیابی به توان خروجی رکورد بالا برای لیزرهای تراهرتز نشان داده شده است که با سفارش بزرگی در مقایسه با کار قبلی افزایش یافته است.

سفر امواج سطحی که در امتداد لایه فلزی حفرهها پخش می شوند ، اما در خارج در محیط اطراف حفره ها به جای داخل ، روشی بی نظیر است که در سال های اخیر در گروه کومار ایجاد شده است و روشی است که همچنان راه های جدیدی را برای ادامه باز می کند. نوآوری. این تیم انتظار دارد که میزان توان خروجی لیزرهای آنها منجر به همکاری بین محققان لیزر و دانشمندان کاربرد در زمینه توسعه طیف سنجی تراهرتز و سیستم عامل های سنجش مبتنی بر این لیزرها شود.

این نوآوری در فناوری QCL نتیجه تلاش طولانی مدت تحقیقاتی آزمایشگاه کومار در لیگی است. کومار و جین به طور مشترک ایده و طرح نهایی را از طریق طراحی و آزمایش در مدت زمانی تقریباً دو ساله توسعه دادند. همکاری با Reno از آزمایشگاههای ملی Sandia به Kumar و تیمش امکان دریافت ماده نیمه هادی را فراهم کردند تا یک ماده نوری آبشار کوانتومی برای این لیزرها تشکیل دهند. کومار می افزاید: این تحقیق نشانگر تغییر پارادایم در چگونگی ایجاد چنین لیزرهای تک موجه ای با طول موج با پرتوهای باریک است که در آینده به جلو می رود. ": فکر می کنم آینده لیزرهای تراهرتز بسیار درخشان به نظر می رسد."