I en avvikelse från standardmodellockningsmetoder skapade ett team av forskare ledda av professorerna Giacomo Scalari och Jerome Faist vid institutionen för fysik vid ETH Zürich, och professor Christian Jirauschek vid Tekniska universitetet i München, en monolitisk modelllåst halvledarlaser med en kontinuerligt och brett inställbar repetitionshastighet från 16 GHz till 4 GHz. Och intressant nog borde deras tillvägagångssätt fungera för andra halvledarlasrar och laseremissionsvåglängder.
För att klara det använde forskarna en terahertz (THz) kvantkaskadlaser (QCL) för att producera koherenta frekvenskammar. Även om det är välkänt att THz QCL kan användas för att generera kammar, uppmuntrade teamets senaste utveckling av planariserade THz QCL med förbättrade mikrovågsegenskaper dem att utforska den starka moduleringen av laserkaviteten med hjälp av externa mikrovågor-och de upptäckte flera nya regimer av halvledarlaserdrift.
"Vår enhet är baserad på en planariserad THz QCL. Dess aktiva områdesmaterial består av ett galliumarsenid (GaAs)/aluminium galliumarsenid (AlGaAs) supergitter, wafer-bunden till ett GaAs-bärarsubstrat", förklarar Urban Senica, som vid den tiden var doktor. student vid ETH Zürich men är nu postdoktor vid Harvard University's Laboratory for Nanoscale Optics. "Genom att använda fotolitografi och torretsning definieras en aktiv åsvågledare och planariseras sedan med låg-förlustpolymeren bensocyklobuten (BCB). En vågledare är placerad vertikalt mellan två utsträckta metalliseringsskikt, som begränsar de optiska och mikrovågslägena och fungerar som elektriska kontakter för att förspänna laserenheten."
För att klara det använde forskarna en terahertz (THz) kvantkaskadlaser (QCL) för att producera koherenta frekvenskammar. Även om det är välkänt att THz QCL kan användas för att generera kammar, uppmuntrade teamets senaste utveckling av planariserade THz QCL med förbättrade mikrovågsegenskaper dem att utforska den starka moduleringen av laserkaviteten med hjälp av externa mikrovågor-och de upptäckte flera nya regimer av halvledarlaserdrift.
"Vår enhet är baserad på en planariserad THz QCL. Dess aktiva områdesmaterial består av ett galliumarsenid (GaAs)/aluminium galliumarsenid (AlGaAs) supergitter, wafer-bunden till ett GaAs-bärarsubstrat", förklarar Urban Senica, som vid den tiden var doktor. student vid ETH Zürich men är nu postdoktor vid Harvard University's Laboratory for Nanoscale Optics. "Genom att använda fotolitografi och torretsning definieras en aktiv åsvågledare och planariseras sedan med låg-förlustpolymeren bensocyklobuten (BCB). En vågledare är placerad vertikalt mellan två utsträckta metalliseringsskikt, som begränsar de optiska och mikrovågslägena och fungerar som elektriska kontakter för att förspänna laserenheten."
Kommunikation, spektroskopi och avkänningstillämpningar framöver
Tack vare deras kontinuerligt och brett avstämbara modelllåsta lasrar finns det många potentiella tillämpningar för kommunikation, spektroskopi och avkänning. "För tidsdomänen kan det koherenta pulståget synkroniseras till en godtycklig extern mikrovågssignal eller avstämbar fördröjningslinje", säger Senica. "För frekvensdomänen kan det avstämbara lägesavståndet inom frekvenskammen stänga alla spektrala luckor."
Senica och kollegor har faktiskt redan demonstrerat ett absorptionsspektroskopiexperiment som bara krävde en enkel intensitetsdetektor-snarare än ett spektrometerinstrument i bordsstorlek-.
"Vi tror att vårt tillvägagångssätt också kommer att vara relativt enkelt att implementera med andra typer av halvledarlasrar över de infraröda och synliga områdena av det elektromagnetiska spektrumet och bana väg för en mängd olika tillämpningar," säger Senica. "En viktig aspekt kommer att vara optimerade mikrovågsegenskaper, tillsammans med avancerad förpackning av sådana enheter."
