Σε μια απόκλιση από τις τυπικές προσεγγίσεις κλειδώματος μοντέλου, μια ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τους καθηγητές Giacomo Scalari και Jerome Faist στο Τμήμα Φυσικής στο ETH Ζυρίχης και τον καθηγητή Christian Jirauschek στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου, δημιούργησαν ένα μονολιθικό λέιζερ ημιαγωγού κλειδωμένου μοντέλου με συνεχή και ευρέως επαναλαμβανόμενο ρυθμό από G4Hz. Και, περιέργως, η προσέγγισή τους θα πρέπει να λειτουργεί για άλλα λέιζερ ημιαγωγών και μήκη κύματος εκπομπής λέιζερ.
Για να το καταφέρουν, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα κβαντικό λέιζερ καταρράκτη terahertz (THz) (QCL) για να παράγουν συνεκτικές χτένες συχνότητας. Ενώ είναι γνωστό ότι τα THz QCLs μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία χτενών, η πρόσφατη ανάπτυξη της ομάδας επίπεδων THz QCL με βελτιωμένες ιδιότητες μικροκυμάτων τους ενθάρρυνε να εξερευνήσουν την ισχυρή διαμόρφωση της κοιλότητας του λέιζερ χρησιμοποιώντας εξωτερικά μικροκύματα-και ανακάλυψαν διάφορα νέα συστήματα λειτουργίας λέιζερ ημιαγωγών.
"Η συσκευή μας βασίζεται σε ένα επίπεδο επίπεδο QCL THz. Το υλικό της ενεργής περιοχής αποτελείται από ένα υπερπλέγμα αρσενιδίου του γαλλίου (GaAs)/αρσενιούχου γαλλίου (AlGaAs), γκοφρέτα-συγκολλημένο σε ένα υπόστρωμα φορέα GaAs", εξηγεί ο Urban Senica, ο οποίος ήταν Ph.D. φοιτητής στο ETH Ζυρίχης αλλά τώρα είναι μεταδιδακτορικός υπότροφος στο Εργαστήριο Οπτικής Νανοκλίμακας του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ. "Με τη χρήση φωτολιθογραφίας και ξηρής χάραξης, ορίζεται ένας ενεργός κυματοδηγός κορυφογραμμής και στη συνέχεια επιπεδοποιείται με το πολυμερές βενζοκυκλοβουτένιο χαμηλής-απώλειας (BCB). Ένας κυματοδηγός τοποθετείται κατακόρυφα ανάμεσα σε δύο εκτεταμένα στρώματα επιμετάλλωσης, τα οποία περιορίζουν τις οπτικές και μικροκυματικές επαφές της συσκευής λέιζερ και ενεργούν ως ηλεκτρικές επαφές."
Για να το καταφέρουν, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα κβαντικό λέιζερ καταρράκτη terahertz (THz) (QCL) για να παράγουν συνεκτικές χτένες συχνότητας. Ενώ είναι γνωστό ότι τα THz QCLs μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία χτενών, η πρόσφατη ανάπτυξη της ομάδας επίπεδων THz QCL με βελτιωμένες ιδιότητες μικροκυμάτων τους ενθάρρυνε να εξερευνήσουν την ισχυρή διαμόρφωση της κοιλότητας του λέιζερ χρησιμοποιώντας εξωτερικά μικροκύματα-και ανακάλυψαν διάφορα νέα συστήματα λειτουργίας λέιζερ ημιαγωγών.
"Η συσκευή μας βασίζεται σε ένα επίπεδο επίπεδο QCL THz. Το υλικό της ενεργής περιοχής αποτελείται από ένα υπερπλέγμα αρσενιδίου του γαλλίου (GaAs)/αρσενιούχου γαλλίου (AlGaAs), γκοφρέτα-συγκολλημένο σε ένα υπόστρωμα φορέα GaAs", εξηγεί ο Urban Senica, ο οποίος ήταν Ph.D. φοιτητής στο ETH Ζυρίχης αλλά τώρα είναι μεταδιδακτορικός υπότροφος στο Εργαστήριο Οπτικής Νανοκλίμακας του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ. "Με τη χρήση φωτολιθογραφίας και ξηρής χάραξης, ορίζεται ένας ενεργός κυματοδηγός κορυφογραμμής και στη συνέχεια επιπεδοποιείται με το πολυμερές βενζοκυκλοβουτένιο χαμηλής-απώλειας (BCB). Ένας κυματοδηγός τοποθετείται κατακόρυφα ανάμεσα σε δύο εκτεταμένα στρώματα επιμετάλλωσης, τα οποία περιορίζουν τις οπτικές και μικροκυματικές επαφές της συσκευής λέιζερ και ενεργούν ως ηλεκτρικές επαφές."
Επικοινωνίες, φασματοσκοπία και εφαρμογές ανίχνευσης μπροστά
Χάρη στα συνεχώς και ευρέως ρυθμιζόμενα λέιζερ με κλειδωμένο τρόπο λειτουργίας, υπάρχουν πολλές πιθανές εφαρμογές για επικοινωνίες, φασματοσκοπία και ανίχνευση. «Για τον τομέα του χρόνου, η συνεκτική σειρά παλμών μπορεί να συγχρονιστεί με ένα αυθαίρετο εξωτερικό σήμα μικροκυμάτων ή μια ρυθμιζόμενη γραμμή καθυστέρησης», λέει ο Senica. "Για τον τομέα συχνότητας, η συντονίσιμη απόσταση λειτουργίας μέσα στη χτένα συχνότητας μπορεί να κλείσει τυχόν φασματικά κενά."
Στην πραγματικότητα, ο Senica και οι συνεργάτες του είχαν ήδη παρουσιάσει ένα πείραμα φασματοσκοπίας απορρόφησης που απαιτούσε μόνο έναν απλό ανιχνευτή έντασης-και όχι ένα επιτραπέζιο-όργανο φασματόμετρου μεγέθους.
«Πιστεύουμε ότι η προσέγγισή μας θα είναι επίσης σχετικά απλή στην εφαρμογή με άλλους τύπους λέιζερ ημιαγωγών στις υπέρυθρες και ορατές περιοχές του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος και θα ανοίξει το δρόμο για μια μεγάλη ποικιλία εφαρμογών», λέει ο Senica. «Μια σημαντική πτυχή θα είναι οι βελτιστοποιημένες ιδιότητες των μικροκυμάτων, μαζί με την προηγμένη συσκευασία τέτοιων συσκευών».
