Pe o abatere de la abordările standard de modelare, o echipă de cercetători condusă de profesorii Giacomo Scalari și Jerome Faist de la Departamentul de Fizică de la ETH Zurich și de profesorul Christian Jirauschek de la Universitatea Tehnică din München, a creat un laser semiconductor monolitic modelat cu o rată de repetiție reglabilă continuu și larg de la 4 la 16 GHz. Și, în mod intrigant, abordarea lor ar trebui să funcționeze pentru alte lasere semiconductoare și lungimi de undă de emisie laser.
Pentru a reuși, cercetătorii au folosit un laser cu cascadă cuantică (QCL) cu teraherți (THz) pentru a produce piepteni de frecvență coerenți. Deși este bine cunoscut faptul că QCL-urile THz pot fi folosite pentru a genera piepteni, dezvoltarea recentă a echipei de QCL-uri THz planarizate cu proprietăți îmbunătățite de microunde i-a încurajat să exploreze modularea puternică a cavității laser folosind microunde externe-și au descoperit câteva regimuri noi de funcționare cu laser semiconductor.
„Dispozitivul nostru se bazează pe un QCL THz planar. Materialul din regiunea sa activă constă dintr-o superlatice de arseniură de galiu (GaAs)/arseniură de galiu aluminiu (AlGaAs), wafer-legat la un substrat purtător de GaAs”, explică Urban Senica, care la acea vreme era doctorand. student la ETH Zurich, dar acum este bursier postdoctoral la Laboratorul de optică la scară nanometrică al Universității Harvard. „Prin utilizarea fotolitografiei și a gravării uscate, un ghid de undă activ este definit și ulterior planarizat cu benzociclobutenă polimerică cu pierderi reduse (BCB). Un ghid de undă este intercalat vertical între două straturi extinse de metalizare, care limitează modurile optice și de microunde și acționează ca contacte electrice pentru polarizarea dispozitivului laser.”
Pentru a reuși, cercetătorii au folosit un laser cu cascadă cuantică (QCL) cu teraherți (THz) pentru a produce piepteni de frecvență coerenți. Deși este bine cunoscut faptul că QCL-urile THz pot fi folosite pentru a genera piepteni, dezvoltarea recentă a echipei de QCL-uri THz planarizate cu proprietăți îmbunătățite de microunde i-a încurajat să exploreze modularea puternică a cavității laser folosind microunde externe-și au descoperit câteva regimuri noi de funcționare cu laser semiconductor.
„Dispozitivul nostru se bazează pe un QCL THz planar. Materialul din regiunea sa activă constă dintr-o superlatice de arseniură de galiu (GaAs)/arseniură de galiu aluminiu (AlGaAs), wafer-legat la un substrat purtător de GaAs”, explică Urban Senica, care la acea vreme era doctorand. student la ETH Zurich, dar acum este bursier postdoctoral la Laboratorul de optică la scară nanometrică al Universității Harvard. „Prin utilizarea fotolitografiei și a gravării uscate, un ghid de undă activ este definit și ulterior planarizat cu benzociclobutenă polimerică cu pierderi reduse (BCB). Un ghid de undă este intercalat vertical între două straturi extinse de metalizare, care limitează modurile optice și de microunde și acționează ca contacte electrice pentru polarizarea dispozitivului laser.”
Comunicații, spectroscopie și aplicații de detectare în viitor
Datorită laserelor lor modelate reglabile în mod continuu și larg, există multe aplicații potențiale pentru comunicații, spectroscopie și detecție. „Pentru domeniul timpului, trenul de impulsuri coerent poate fi sincronizat cu un semnal extern arbitrar de microunde sau cu o linie de întârziere reglabilă”, spune Senica. „Pentru domeniul frecvenței, distanța dintre mod reglabil în pieptene de frecvență poate închide orice goluri spectrale.”
De fapt, Senica și colegii săi au demonstrat deja un experiment de spectroscopie de absorbție care necesita doar un simplu detector de intensitate-mai degrabă decât un instrument de spectrometru de dimensiuni-de masă.
„Credem că abordarea noastră va fi, de asemenea, relativ simplă de implementat cu alte tipuri de lasere semiconductoare în regiunile infraroșu și vizibile ale spectrului electromagnetic și va deschide calea pentru o mare varietate de aplicații”, spune Senica. „Un aspect important va fi proprietățile optimizate ale microundelor, împreună cu ambalarea avansată a unor astfel de dispozitive”.
