In afwijking van de standaard modelocking-benaderingen heeft een team van onderzoekers onder leiding van professoren Giacomo Scalari en Jerome Faist van de afdeling natuurkunde van de ETH Zürich, en professor Christian Jirauschek van de Technische Universiteit van München, een monolithische modelocked halfgeleiderlaser gemaakt met een continu en breed afstembare herhalingssnelheid van 4 tot 16 GHz. En, intrigerend genoeg, zou hun aanpak moeten werken voor andere halfgeleiderlasers en laseremissiegolflengten.
Om dit voor elkaar te krijgen, gebruikten de onderzoekers een terahertz (THz) kwantumcascadelaser (QCL) om coherente frequentiekammen te produceren. Hoewel het algemeen bekend is dat THz QCL's kunnen worden gebruikt om kammen te genereren, moedigde de recente ontwikkeling van het team van geplanariseerde THz QCL's met verbeterde microgolfeigenschappen hen aan om de sterke modulatie van de laserholte te onderzoeken met behulp van externe microgolven-en ze ontdekten verschillende nieuwe regimes voor de werking van halfgeleiderlasers.
"Ons apparaat is gebaseerd op een geplanariseerde THz QCL. Het actieve gebiedsmateriaal bestaat uit een galliumarsenide (GaAs)/aluminium galliumarsenide (AlGaAs) superrooster, wafer-gebonden aan een GaAs-dragersubstraat", legt Urban Senica uit, die destijds een Ph.D. student aan de ETH Zürich, maar is nu postdoctoraal onderzoeker aan het Laboratory for Nanoscale Optics van Harvard University. "Door gebruik te maken van fotolithografie en droog etsen wordt een actieve golfgeleider gedefinieerd en vervolgens vlak gemaakt met het polymeer benzocyclobuteen (BCB) met laag{5}}verlies. Een golfgeleider wordt verticaal ingeklemd tussen twee verlengde metallisatielagen, die de optische en microgolfmodi beperken en fungeren als elektrische contacten voor het voorspannen van het laserapparaat. "
Om dit voor elkaar te krijgen, gebruikten de onderzoekers een terahertz (THz) kwantumcascadelaser (QCL) om coherente frequentiekammen te produceren. Hoewel het algemeen bekend is dat THz QCL's kunnen worden gebruikt om kammen te genereren, moedigde de recente ontwikkeling van het team van geplanariseerde THz QCL's met verbeterde microgolfeigenschappen hen aan om de sterke modulatie van de laserholte te onderzoeken met behulp van externe microgolven-en ze ontdekten verschillende nieuwe regimes voor de werking van halfgeleiderlasers.
"Ons apparaat is gebaseerd op een geplanariseerde THz QCL. Het actieve gebiedsmateriaal bestaat uit een galliumarsenide (GaAs)/aluminium galliumarsenide (AlGaAs) superrooster, wafer-gebonden aan een GaAs-dragersubstraat", legt Urban Senica uit, die destijds een Ph.D. student aan de ETH Zürich, maar is nu postdoctoraal onderzoeker aan het Laboratory for Nanoscale Optics van Harvard University. "Door gebruik te maken van fotolithografie en droog etsen wordt een actieve golfgeleider gedefinieerd en vervolgens vlak gemaakt met het polymeer benzocyclobuteen (BCB) met laag{5}}verlies. Een golfgeleider wordt verticaal ingeklemd tussen twee verlengde metallisatielagen, die de optische en microgolfmodi beperken en fungeren als elektrische contacten voor het voorspannen van het laserapparaat. "
Communicatie-, spectroscopie- en detectietoepassingen in de toekomst
Dankzij hun continu en breed afstembare modellocked lasers zijn er veel potentiële toepassingen voor communicatie, spectroscopie en detectie. "Voor het tijdsdomein kan de coherente pulstrein worden gesynchroniseerd met een willekeurig extern microgolfsignaal of een afstembare vertragingslijn", zegt Senica. "Voor het frequentiedomein kan de afstembare modusafstand binnen de frequentiekam alle spectrale gaten dichten."
Senica en collega's hebben zelfs al een absorptiespectroscopie-experiment gedemonstreerd waarvoor slechts een eenvoudige intensiteitsdetector nodig was-in plaats van een spectrometer op tafelmodel-.
"Wij geloven dat onze aanpak relatief eenvoudig te implementeren zal zijn met andere soorten halfgeleiderlasers in de infrarode en zichtbare gebieden van het elektromagnetische spectrum en de weg zal vrijmaken voor een breed scala aan toepassingen", zegt Senica. "Een belangrijk aspect zullen de geoptimaliseerde microgolfeigenschappen zijn, samen met de geavanceerde verpakking van dergelijke apparaten."
