I en afvigelse fra standard modellocking-tilgange skabte et team af forskere ledet af professorerne Giacomo Scalari og Jerome Faist i Institut for Fysik ved ETH Zürich og professor Christian Jirauschek ved det tekniske universitet i München en monolitisk modellåst halvlederlaser med en kontinuerlig og bredt indstillelig gentagelseshastighed fra 16 GHz til 4 GHz. Og interessant nok burde deres tilgang fungere for andre halvlederlasere og laseremissionsbølgelængder.
For at klare det brugte forskerne en terahertz (THz) kvantekaskadelaser (QCL) til at producere kohærente frekvenskamme. Selvom det er velkendt, at THz QCL'er kan bruges til at generere kamme, opmuntrede holdets seneste udvikling af planariserede THz QCL'er med forbedrede mikrobølgeegenskaber dem til at udforske den stærke modulering af laserhulrummet ved hjælp af eksterne mikrobølger,-og de opdagede adskillige nye regimer for halvlederlaserdrift.
"Vores enhed er baseret på en planariseret THz QCL. Dens aktive områdemateriale består af et galliumarsenid (GaAs)/aluminium galliumarsenid (AlGaAs) supergitter, wafer-bundet til et GaAs-bærersubstrat," forklarer Urban Senica, som på det tidspunkt var ph.d. studerende ved ETH Zürich, men er nu postdoc ved Harvard University's Laboratory for Nanoscale Optics. "Ved at bruge fotolitografi og tørætsning defineres en aktiv ridge-bølgeleder og planariseres efterfølgende med lav-tabspolymeren benzocyclobuten (BCB). En bølgeleder er klemt lodret mellem to udvidede metalliseringslag, som begrænser de optiske og mikrobølgetilstande og fungerer som elektriske kontakter til forspænding af laserenheden."
For at klare det brugte forskerne en terahertz (THz) kvantekaskadelaser (QCL) til at producere kohærente frekvenskamme. Selvom det er velkendt, at THz QCL'er kan bruges til at generere kamme, opmuntrede holdets seneste udvikling af planariserede THz QCL'er med forbedrede mikrobølgeegenskaber dem til at udforske den stærke modulering af laserhulrummet ved hjælp af eksterne mikrobølger,-og de opdagede adskillige nye regimer for halvlederlaserdrift.
"Vores enhed er baseret på en planariseret THz QCL. Dens aktive områdemateriale består af et galliumarsenid (GaAs)/aluminium galliumarsenid (AlGaAs) supergitter, wafer-bundet til et GaAs-bærersubstrat," forklarer Urban Senica, som på det tidspunkt var ph.d. studerende ved ETH Zürich, men er nu postdoc ved Harvard University's Laboratory for Nanoscale Optics. "Ved at bruge fotolitografi og tørætsning defineres en aktiv ridge-bølgeleder og planariseres efterfølgende med lav-tabspolymeren benzocyclobuten (BCB). En bølgeleder er klemt lodret mellem to udvidede metalliseringslag, som begrænser de optiske og mikrobølgetilstande og fungerer som elektriske kontakter til forspænding af laserenheden."
Kommunikation, spektroskopi og sensing applikationer forude
Takket være deres kontinuerligt og bredt tunerbare modellåste lasere er der mange potentielle anvendelser til kommunikation, spektroskopi og sensing. "For tidsdomænet kan det kohærente pulstog synkroniseres til et vilkårligt eksternt mikrobølgesignal eller afstembar forsinkelseslinje," siger Senica. "For frekvensdomænet kan den indstillelige tilstandsafstand inden for frekvenskammen lukke alle spektrale huller."
Faktisk har Senica og kolleger allerede demonstreret et absorptionsspektroskopi-eksperiment, der kun krævede en simpel intensitetsdetektor-i stedet for et spektrometerinstrument på bordplade-størrelse.
"Vi mener, at vores tilgang også vil være relativt ligetil at implementere med andre typer halvlederlasere på tværs af de infrarøde og synlige områder af det elektromagnetiske spektrum og bane vejen for en bred vifte af applikationer," siger Senica. "Et vigtigt aspekt vil være optimerede mikrobølgeegenskaber sammen med avanceret emballering af sådanne enheder."
