Изучение частотных характеристик ТГц квантовых каскадных лазеров с использованием открытого оптического резонатора
Abstract
To date, one of the rapidly developing areas of the THz technology is the development and studying of quantum cascade lasers structures. In this paper, we studied the frequency dynamic characteristics of pulsed THz quantum cascade lasers based on GaAlAs / GaAs materials with design based on the three-well resonant phonon scheme with a surface-plasmon waveguide. We use a Schottky receiver and an open optical resonator. The optimal power mode (pulse length and pulse current) for the single mode laser regime has been determined. With using the open resonator with known characteristics we estimated the laser central frequency (without using a Fourier transform spectrometer) and also determine the speed, direction and magnitude of the tuning in frequency. The experimental setup developed also makes it possible to study the multimode behavior of a laser, in particular, a regime has been obtained where two modes with different mechanisms, velocities and directions of tuning are observed (electronic tuning, thermal tuning). The determination of these important characteristics is necessary to use the laser for development the THz frequency comb source or using the sample for spectroscopy purposes.
- терагерцовый диапазон частот
- квантовый каскадный лазер
- открытый оптический резонатор
- динамическая перестройка
- terahertz frequency range
- quantum cascade laser
- open resonator
- Frequency sweep
Аннотация (на русском)
Изучение частотных характеристик ТГц квантовых каскадных лазеров с использованием открытого оптического резонатора
В настоящее время одним из бурно развивающихся направлений ТГц техники является построение и изучение квантовых каскадных лазеров. В работе изучены частотные характеристики импульсных ТГц квантовых каскадных лазеров на основе материалов GaAlAs/GaAs с резонансно-фононным дизайном на основе трех квантовых ям с поверхностно плазмонным волноводом с помощью приемника на диоде Шоттки и открытого оптического резонатора. Определен оптимальный режим питания (длина импульса и ток) для получения одномодового режима. Показано, что с помощью открытого резонатора с известными характеристиками можно оценить частоту лазера (без использования Фурье спектрометра) а также определить скорость, направление и величину перестройки по частоте. Разработанный стенд для измерения параметров лазеров позволяет также изучать многомодовое поведение лазера, в частности, получен режим, где наблюдаются две моды с различными механизмами, скоростями и направлениями перестройки (электронная перестройка, тепловая перестройка). Определение этих важных характеристик необходимо в дальнейшем для использования лазера как для построения импульсного источника с частотной гребенкой, так и для применения образца для целей спектроскопии.
For citation
Anfertev V.A., Vaks V.L., Reutov A.I., Baranov A.N., Teissier R. Изучение частотных характеристик ТГц квантовых каскадных лазеров с использованием открытого оптического резонатора // Journal of Radio Electronics. – 2018. – No. 12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.12.5
References
- Mukhin A.A., Ivanov V.Yu., Travkin V.D., Prokhorov A.S., Volkov A.A., Pimenov A.V., Shuvaev A.M., Loidl A., Terahertz spectroscopy and the magnetoelectric properties of manganite-based multiferroicsю Physics-Uspekhi, 2009, Vol. 52, No. 8, pp. 851-856.
- Vaks V.L., Domracheva E.G., Sobakinskaya E.A., Chernyaeva M.B. Exhaled breath analysis: physical methods, instruments, and medical diagnostics. Physics - Uspekhi, 2014, Vol. 57, No. 7, pp. 684-701.
- Köhler R., Tredicucci A., Beltram F. et al. Terahertz semiconductor-heterostructure laser. Nature, 2002, Vol. 417, Issue. 2, p. 156.
- Kumar S., Hu Q., Reno J.L. 186 K operation of terahertz quantum-cascade lasers based on a diagonal design. Appl. Phys. Lett. 2009, Vol. 94, p. 131105.