Терагерцовые ккл

ККЛ позволяет получить достаточно высокую мощность излучения. Обычно, выходные мощности при криогенных температурах составляют десятки мВт. Для ККЛ на 4.4 ТГц получены выходные мощности 248 мВт в импульсном и 138 мВт в непрерывном режиме.

Первый терагерцовый ККЛ был основан на сверхрешетке с постепенно изменяющимся периодом («chirped SL») , что позволило получитьинверсию населенности для межподзонных переходов с энергией квантов меньше, чем энергия оптического фонона ( E < hw ) при запрете рассеяния на оптическом фононе при низких температурах . Однако он работал только до 50 K в импульсном режиме и не генерировал лазерное излучение вообще при непрерывной накачке. С тех пор были достигнуты значительные успехи как в технике экспериментального роста каскадных структур, так и в изготовлении волноводов.

Нужно также отметить, что обычные диэлектрические волноводы ККЛ не являются подходящими для терагерцового лазера вследствие больших потерь из-за поглощения на свободных носителях и практических ограничений на толщину эпитаксиального роста.

Более эффективно показала себя сверхрешетка связанных ям с дизайном «bound-to-continuum», в котором для излучения фотонов используются переходы из связанного состояния в свободные. Лазер является фактически двухуровневым с чередование двух типов слоев. Верхнее состояние, с которого осуществляется переход электрона с излучением фотона, является хорошо локализованным в квантовой яме. Нижние состояния электронов сливаются в минизону, обеспечивая быстрый их отток из области излучения. Время испускания фотона очень мало (около 100 фс), чтобы «забить» паразитный нерадиационный переход в нижние состояния электронов с испусканием оптического фонона . Данная конструкция позволила получить генерацию лазерного излучения на длинах волн до 130 мкм, в непрерывном режиме при температуре до 70 K и при импульсной накачке - до 98 K.

Наибольшие успехи были достигнуты с использованием структур, содержащих в активной зоне две квантовые ямы, с инверсией населенности, основанной на резонансе с оптическим фононом, которая использует преимущества субпикосекундного рассеяния электронов на продольном оптическом фононе, чтобы селективно уменьшить населенность нижнего уровня. Кроме того, использование волновода с металлом по обеим сторонам активной части структуры позволило обеспечить высокое модовое ограничение и получить резонатор с малыми потерями для терагерцового лазера. Была также увеличена туннельная прозрачность между состояниями инжектора и верхним излучающим состоянием. Вместе эти достижения позволили получить генерацию лазерного излучения в непрерывном режиме при температуре до 93 K и 117 K, и при импульсной накачке - до 137 K и 164 K .

Преимущества использования ККЛ для генерации ТГц:

Вместе с тем, продвижение ККЛ в область длинных волн и высоких температур сталкивается с различными физическими трудностями и ограничениями, что сохраняет актуальность разностороннего детального исследования подобных структур с различными параметрами.

Для применения ККЛ в спектроскопии высокого разрешения необходимо решить ряд важных задач:

• Обеспечение направленности излучения ККЛ

• Обеспечение одномодового режима генерации ККЛ

• Обеспечение высокой рабочей температуры ККЛ

• Обеспечение широкой полосы и чувствительности приема ТГц излучения