Avance en láseres de cascada cuántica semiconductores de terahercios de varios vatios
Investigadores del Centro Lehigh de Fotónica y Nanoelectrónica han logrado una potencia de salida récord de un láser de terahercios mediante el uso de una nueva técnica de bloqueo de fase e informan sobre el primer semiconductor cuántico de longitud de onda única Máxima eficiencia de radiación de láseres en cascada .
Los láseres de terahercios podrían aparecer pronto. Los láseres de terahercios emiten una radiación que se encuentra en algún punto entre las microondas y la luz infrarroja en el espectro electromagnético. Han sido el foco de la investigación porque pueden penetrar materiales de embalaje comunes como plástico, tela y cartón y se utilizan para identificar y detectar diversas ondas electromagnéticas. Los productos químicos y las biomoléculas pueden incluso obtener imágenes de ciertos tipos de tejido biológico sin causar daños. El potencial de los láseres de terahercios radica en aumentar su intensidad y brillo aumentando la potencia de salida y la calidad del haz.
Ahora, Kumar, Jin y John L. Reno de Sandia informan sobre otro avance en la tecnología de terahercios: han desarrollado una nueva tecnología de bloqueo de fase de láser de plasma y la han utilizado para lograr una salida de potencia récord con láseres de terahercios. Su láser produce la mayor eficiencia de radiación de cualquier láser de cascada cuántica semiconductor de longitud de onda única. Estos resultados se explican en el artículo "Phase-Locked Terahertz Plasmon Laser Array with 2 W Output Power in Single Spectral Mode" publicado por Optica el 12 de junio de 2020.
Kumar dijo: "Hasta donde sabemos, la eficiencia radiativa de los láseres de terahercios es la más alta demostrada por cualquier QCL de longitud de onda única hasta la fecha, y también es el primero para un QCL de este tipo en lograr una eficiencia radiativa de más del 50%. "Una eficiencia de radiación tan alta supera nuestras expectativas, y es una de las razones por las que la potencia de salida de nuestro láser es significativamente mayor que antes".
Para mejorar la salida de potencia óptica y la calidad del haz de semiconductores Láseres, los científicos suelen utilizar el bloqueo de fase, un sistema de control electromagnético que obliga a una serie de cavidades ópticas a emitir radiación durante un paso de bloqueo. Terahertz QCL utiliza una cavidad óptica recubierta de metal para confinar la luz. Es un tipo de láser llamado láser de plasma, que es conocido por su bajo rendimiento de radiación. Dicen que hay un número limitado de técnicas disponibles en la literatura existente que pueden usarse para aumentar significativamente la eficiencia radiativa y la potencia de salida de dichos láseres plasmónicos.
"Nuestro artículo describe un nuevo esquema de bloqueo de fase de plasmón que es significativamente diferente de estudios previos de láseres de bloqueo de fase en la extensa literatura sobre láseres semiconductores", dijo Jin. Los métodos confirmados utilizan ondas superficiales de propagación de radiación electromagnética. como herramienta para el bloqueo de fase de cavidades ópticas plasmónicas. La eficacia de este enfoque quedó demostrada al lograr potencias de salida récord con láseres de terahercios, un orden de magnitud superior a trabajos anteriores. ”
Las ondas superficiales que se propagan a lo largo de la capa metálica de la cavidad pero se propagan en el medio circundante en lugar de dentro de la cavidad es un método único desarrollado por el grupo de investigación de Kumar en los últimos años, y este método continuará innovando. para una mayor exploración Nuevas vías El equipo anticipa que los niveles de potencia de salida de sus láseres podrían conducir a colaboraciones entre investigadores de láseres y científicos aplicados para desarrollar espectroscopia de terahercios y plataformas de detección basadas en estos láseres. La investigación a largo plazo en Lehigh realizada por Kumar y Jin, a quienes se les ocurrió la idea a través de aproximadamente dos años de diseño y experimentación en colaboración con el Dr. Raynor de Sandia National Laboratories y su equipo, pudieron obtener materiales semiconductores que forman la cascada cuántica óptica. Medios de estos láseres Según los investigadores, la principal innovación de este trabajo radica, en parte, en el diseño de la cavidad óptica y no en el rendimiento de los materiales semiconductores, dicen, el plasma acoplado inductivamente (ICP) recientemente adquirido por Lehigh CPN. ) las herramientas de grabado desempeñan un papel clave a la hora de superar los límites de rendimiento de estos láseres.
Kumar "Esta investigación representa un cambio de paradigma sobre cómo se pueden desarrollar en el futuro láseres de terahercios de longitud de onda única y haz estrecho". dijo, y añadió: "Creo que el futuro de los láseres de terahercios parece muy brillante.
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