Fi tluq mill-approċċi ta 'modellocking standard, tim ta' riċerkaturi mmexxi mill-Professuri Giacomo Scalari u Jerome Faist fid-Dipartiment tal-Fiżika fl-ETH Zurich, u l-Professur Christian Jirauschek fl-Università Teknika ta 'Munich, ħoloq laser semikonduttur monolitiku modelcked b'rata ta' ripetizzjoni kontinwament u rfinata b'mod wiesa 'minn 4 sa 16 GHz. U, b'mod intriganti, l-approċċ tagħhom għandu jaħdem għal lejżers semikondutturi oħra u wavelengths ta 'emissjoni tal-lejżer.
Biex iġbedha, ir-riċerkaturi użaw laser tal-kaskata kwantistika (QCL) terahertz (THz) biex jipproduċu petnijiet ta 'frekwenza koerenti. Filwaqt li huwa magħruf sew li THz QCLs jistgħu jintużaw biex jiġġeneraw pettnijiet, l-iżvilupp reċenti tat-tim ta 'planarized THz QCLs bi proprjetajiet microwave mtejba ħeġġiġhom biex jesploraw il-modulazzjoni qawwija tal-kavità tal-lejżer bl-użu ta' microwaves esterni-u skoprew diversi reġimi ġodda ta 'tħaddim bil-laser semikonduttur.
"L-apparat tagħna huwa bbażat fuq THz QCL planarizzat. Il-materjal tar-reġjun attiv tiegħu jikkonsisti f'superlattice tal-gallium arsenide (GaAs)/aluminium gallium arsenide (AlGaAs), wejfer-magħqud ma 'sottostrat trasportatur GaAs, "jispjega Urban Senica, li dak iż-żmien kien Ph.D. student fl-ETH Zurich iżda issa huwa sħabi postdottorat fil-Laboratorju għall-Ottika tan-Nanoskala tal-Università ta’ Harvard. "Bl-użu tal-fotolitografija u l-inċiżjoni niexfa, waveguide attiva tal-linja hija definita u sussegwentement ipplanarizzata bil--polimer benzocyclobutene b'telf baxx (BCB). Waveguide hija imdawwar vertikalment bejn żewġ saffi ta' metallizzazzjoni estiżi, li jillimitaw il-modi ottiċi u microwave u jaġixxu bħala kuntatti elettriċi għall-preġudizzju tal-apparat tal-laser."
Din il-konfigurazzjoni tirriżulta f'telf baxx ta' propagazzjoni, tnaqqas id-dispersjoni kromatika, iżżid id-dissipazzjoni tas-sħana, u ttejjeb il-proprjetajiet tal-microwave, minħabba li l-lejżer huwa inkorporat f'waveguide tal-microwave ta' impedenza-baxxa,-baxxa.
Modelling attiv
Il-metodu tat-tim huwa bbażat fuq modelocking attiv, li jinvolvi l-modulazzjoni tal-vultaġġ tal-preġudizzju tal-lejżer permezz ta 'sinjal elettriku estern biex jiġġenera ferrovija ta' impulsi ottiċi qosra koerenti (moxt tal-frekwenza). F'dimostrazzjonijiet preċedenti, dan ħadem biss jekk il-frekwenza tas-sinjal tal-modulazzjoni kienet sinkronizzata mal-ħin li jieħu d-dawl biex jivvjaġġa bejn iż-żewġ mirja tal-lejżer (huwa ffissat mid-dimensjonijiet tal-kavità fiżika).
"Aħna wrejna reġim kompletament ġdid, li fih nistgħu nirfinaw kontinwament u b'mod wiesa 'l-frekwenza tar-rata ta' ripetizzjoni tal-ferrovija tal-polz sa 400%," tgħid Senica. "Din it-tunability straordinarju tinkiseb billi tifforma oxxillazzjoni microwave wieqfa tul il-kavità kollha tal-laser, li tirriżulta f'effett ta 'ġbid tal-polz li jħaffef jew inaqqas il-polz ottiku biex dejjem ikun sinkronizzat mal-frekwenza tal-modulazzjoni esterna."
Jikkontrolla l-veloċità tal-impulsi ottiċi fuq-ċippa permezz tal-microwave
Wieħed mill-aspetti l-aktar friski ta 'dan ix-xogħol huwa "essenzjalment nistgħu nikkontrollaw il-veloċità tal-impulsi ottiċi fuq ċippa fotonika bil-microwave," tgħid Senica. "F'analoġija sempliċi, huwa simili għal mewġa ta 'l-ilma li timbotta surfer 'il quddiem. F'termini aktar tekniċi, hemm bidla ta' fażi dipendenti fuq il-frekwenza bejn il-microwave u l-polz ottiku, u l-gradjent ta 'qligħ/telf li jirriżulta jirriżulta f'veloċità tal-grupp modifikata tal-polz ottiku sabiex ir-rata ta' ripetizzjoni ġdida taqbel mal-frekwenza tal-microwave esterna. riżultati tas-simulazzjoni."
Dan il-proġett kollu huwa l-qofol ta 'diversi snin ta' avvanzi tekniċi u xjentifiċi kbar, inkluż id-disinn u t-tkabbir tal-epitassija tar-raġġ molekulari tar-reġjun attiv tal-laser broadband; is-simulazzjoni, il-fabbrikazzjoni, u l-karatterizzazzjoni ta' QCLs THz planarizzati; u simulazzjonijiet analitiċi u numeriċi estensivi tal-kavità tal-laser modulata.
Parti ewlenija tax-xogħol tat-tim kienet tinvolvi simulazzjonijiet avvanzati tal-apparat tagħhom. "B'mod partikolari, il-kollaboraturi tagħna fit-TU Munich fil-Ġermanja żviluppaw approċċ ta 'simulazzjoni ġdid għall-immudellar tal-kavità kollha tal-laser modulata," tgħid Senica. "Dan jinkludi l-immudellar tas-sistema kwantistika tal-laser, il-propagazzjoni tal-microwave, u l-ġenerazzjoni tal-polz ottiku-li tgħaqqad tliet oqsma differenti fi studju ta 'simulazzjoni wieħed, jirriproduċi b'mod preċiż ir-riżultati sperimentali u jipprovdi għarfien kruċjali dwar id-dinamika tal-lejżer."
Komunikazzjonijiet, spettroskopija, u applikazzjonijiet ta 'sensing quddiem
Grazzi għall-lejżers modelcked tagħhom kontinwament u b'mod wiesa 'tunable, hemm ħafna applikazzjonijiet potenzjali għal komunikazzjonijiet, spettroskopija, u sensing. "Għad-dominju tal-ħin, il-ferrovija tal-polz koerenti tista 'tiġi sinkronizzata ma' sinjal tal-microwave estern arbitrarju jew linja ta 'dewmien tunable," tgħid Senica. "Għad-dominju tal-frekwenza, l-ispazjar tal-modalità tunable fi ħdan il-moxt tal-frekwenza jista 'jagħlaq kwalunkwe vojt spettrali."
Fil-fatt, Senica u l-kollegi diġà wrew esperiment ta' spettroskopija ta' assorbiment li kien jeħtieġ biss ditekter ta' intensità sempliċi-aktar milli strument ta' spettrometru ta' daqs-mejda.
"Aħna nemmnu li l-approċċ tagħna se jkun ukoll relattivament sempliċi biex jiġi implimentat ma 'tipi oħra ta' lejżers semikondutturi fir-reġjuni infra-aħmar u viżibbli tal-ispettru elettromanjetiku u twitti t-triq għal varjetà wiesgħa ta 'applikazzjonijiet," tgħid Senica. "Aspett importanti se jkun proprjetajiet microwave ottimizzati, flimkien ma 'ippakkjar avvanzat ta' tali apparati."
