Hamamatsu Photonics je uspješno razvio kvantnu kaskadnu lasersku (QCL) izlaznu snagu analizirajući princip generacije terahertz valova, koristeći Hamamatsuovu vlastitu tehnologiju optičkog dizajna, i visokoucinkovitu difrakciju rešetajući vanjske rezonatore. Prvi QCL modul na svijetu koji može generirati terahertz talase bilo koje frekvencije u rasponu od 0,42~2THz.
Kako QCL modul izgleda
Glavni rezultati istraživanja
1. Izlazna snaga je 5 puta višu od prethodnog terahertz nelinearnog QCL-a. Hamamatsu Photonics je analizirao princip propagacije terahercnih valova unutar terahertz nelinearnog QCL-a, i otkrio da veza njegove gornje površine sa silicijumom visoke otpornosti može poboljšati efikasnost generacije terahertz valova, te je iskoristio svoju tehnologiju rasta kristala akumuliranu tokom godina. I tehnologija poluprovodničkog procesa optimizira unutrašnju strukturu kako bi povećala vrhunac izlaza na frekvenciji 1THz na podmilovat nivo, što je više od 5 puta više od tradicionalnog nelinearnog QCL-a.
2. Prvi QCL modul za frekvenciju podesiv od 0,42~2THz na svijetu. Hamamatsu Photonics je obavio dubinska istraživanja o materijalu antire reflection filma na gornjoj površini terahertz nelinearnog QCL-a. U isto vrijeme, kroz jedinstvenu tehnologiju optičkog dizajna, podudarano difrakcijska rešeta je postavljena izvan QCL-a kako bi se formirao rezonator, a nagib je kontroliran električnim aparatima. Prvi QCL modul na svijetu sposoban za generiranje proizvoljnih terahercnih valova u rasponu od 0,42 do 2 THz na room temperaturi je realiziran.
Indikacija prekidača frekvencije
Princip prekidača frekvencije: Srednji infracrveni laserski zrak koji se emitira iz terahercnog nelinearnog QCL se ogleda u difrakcionoj rešeci. U ovom slučaju, prebacivanje frekvencije THz talasa se postiže električnim upravljanjem difrakcione nabode i promjenom naginjanja.
R & D pozadina
Zbog različitih komponenti sadržanih u uzorku koje treba testirati, frekvencija terahercnih valova koji se lako apsorbuju također će biti različita. Koristeći ovu osobinu, očekuje se da će rezultati istraživanja biti korišteni za procjenu kvaliteta i nedestruktivnu analizu uzoraka. Osim toga, budući da su terahertzovi talasi veći frekvencijom od frekvencijske trake koju koristi standard za komunikaciju velike brzine "5G", očekuje se da će se ovaj proizvod koristiti i za sljedeću generaciju "6G" komunikacije.
Godine 2018, Hamamatsu Photonics je razvio terahertz nelinearen QCL koristeći jedinstvenu tehnologiju dizajna kvantne strukture, koristeći anti-crossing dual high-energy state design (AnticrossDAUTM). Ovaj terahertz nelinearen QCL može promijeniti frekvenciju terahercnog talasa i ozračiti ga prema komponentama sadržanim u uzorku, a zatim poboljšati preciznost analize prema stopi apsorpcije. Međutim, trenutno ne postoji poluprovodni laserski izvor svjetlosti koji može postići promjenu frekvencije u jednom modulu. Stoga, Hamamatsu Photonics istražuje i razvija QCL module koji mijenjaju frekvencije.
Summary of R&D Achievements
U ovom istraživačkom izvještaju, Hamamatsu Photonics je analizirao princip generacije terahercnih valova u QCL-u, i optimizirao unutrašnju strukturu koristeći tehnologiju rasta kristala i tehnologiju poluvodičkog procesa akumuliranu tokom godina. Istovremeno, analiziran je i princip razmnožavanja terahercnih valova unutar QCL-a, te je pronađeno da veza između gornje površine i silicijumskog objektiva visoke otpornosti može poboljšati efikasnost generacije terahercnih valova i povećati izlaznu snagu na više od 5 puta veću od one iz prošlosti. Kombinujući jedinstvenu optičku dizajnersku tehnologiju Hamamatsu Photonicsa, I podudarajući QCL sa odgovarajućim difrakcionim rešetanjem, formira se efikasan spoljni rezonator, a zatim se nagon menja tako što se električno kontroliše difrakcijska rešeta, i time se realizuje prvi modul 0,42~ QCL na svetu koji generiše terahercne talase proizvoljnih frekvencija u opsegu 2THz.
Rezultati ove studije pokazuju da u slučaju različitih frekvencija apsorpcije različitih komponenti u uzorku koje treba testirati, pomoću modula za prebacivanje frekvencije i ozračavanje terahercnih talasa uskog opsega kako bi se provjerila brzina apsorpcije svake komponente mogu poboljšati lijekovi, hrana i poluvodički materijali. procjenu kvalitete i tačnost nedestruktivnog testiranja. Osim toga, također se očekuje da će se primijeniti na identifikaciju visoko-molekularnih polimernih materijala kao što su plastike koje ranije nisu bile lako identificirane. Dalje, Hamamatsu Photonics će također nastaviti proučavati strukturu disipacije topline QCL-a u dubini, s ciljem da postigne stabilno i kontinuirano rad THz talasa. Očekuje se da će THz talasi biti korišteni u poljima kao što je radio astronomija za promatranje svemira, a brzina prijenosa podataka dostići će stotine gigabita u sekundi. Primjena u razvojnom smjeru ultra-visoke brzine velike kapaciteta kratke daljine bežične komunikacije.
U budućnosti, Hamamatsu Photonics će koristiti i svoju jedinstvenu tehnologiju mikroelektromehanskih sistema (MEMS) kako bi smanjio QCL module sve do veličine prstiju.
