Diversamente dagli approcci standard al modellocking, un team di ricercatori guidato dai professori Giacomo Scalari e Jerome Faist del Dipartimento di Fisica dell'ETH di Zurigo e dal professor Christian Jirauschek dell'Università Tecnica di Monaco, ha creato un laser a semiconduttore monolitico con modellocking con una velocità di ripetizione continuamente e ampiamente regolabile da 4 a 16 GHz. E, cosa interessante, il loro approccio dovrebbe funzionare per altri laser a semiconduttore e lunghezze d’onda di emissione laser.
Per riuscirci, i ricercatori hanno utilizzato un laser a cascata quantistica (QCL) terahertz (THz) per produrre pettini di frequenza coerenti. Sebbene sia risaputo che i QCL THz possono essere utilizzati per generare pettini, il recente sviluppo da parte del team di QCL THz planarizzati con proprietà delle microonde migliorate li ha incoraggiati a esplorare la forte modulazione della cavità laser utilizzando microonde esterne-e hanno scoperto diversi nuovi regimi di funzionamento dei laser a semiconduttore.
"Il nostro dispositivo si basa su un QCL THz planarizzato. Il materiale della sua regione attiva è costituito da un superreticolo di arseniuro di gallio (GaAs)/alluminio arseniuro di gallio (AlGaAs), wafer-legato a un substrato portante GaAs", spiega Urban Senica, che all'epoca era un dottorato di ricerca. studente all'ETH di Zurigo, ma ora è ricercatore post-dottorato presso il Laboratorio di ottica su nanoscala dell'Università di Harvard. "Utilizzando la fotolitografia e l'incisione a secco, una guida d'onda a cresta attiva viene definita e successivamente planarizzata con il polimero benzociclobutene (BCB) a bassa-perdita. Una guida d'onda è inserita verticalmente tra due strati di metallizzazione estesi, che confinano le modalità ottica e microonde e agiscono come contatti elettrici per polarizzare il dispositivo laser."
Per riuscirci, i ricercatori hanno utilizzato un laser a cascata quantistica (QCL) terahertz (THz) per produrre pettini di frequenza coerenti. Sebbene sia risaputo che i QCL THz possono essere utilizzati per generare pettini, il recente sviluppo da parte del team di QCL THz planarizzati con proprietà delle microonde migliorate li ha incoraggiati a esplorare la forte modulazione della cavità laser utilizzando microonde esterne-e hanno scoperto diversi nuovi regimi di funzionamento dei laser a semiconduttore.
"Il nostro dispositivo si basa su un QCL THz planarizzato. Il materiale della sua regione attiva è costituito da un superreticolo di arseniuro di gallio (GaAs)/alluminio arseniuro di gallio (AlGaAs), wafer-legato a un substrato portante GaAs", spiega Urban Senica, che all'epoca era un dottorato di ricerca. studente all'ETH di Zurigo, ma ora è ricercatore post-dottorato presso il Laboratorio di ottica su nanoscala dell'Università di Harvard. "Utilizzando la fotolitografia e l'incisione a secco, una guida d'onda a cresta attiva viene definita e successivamente planarizzata con il polimero benzociclobutene (BCB) a bassa-perdita. Una guida d'onda è inserita verticalmente tra due strati di metallizzazione estesi, che confinano le modalità ottica e microonde e agiscono come contatti elettrici per polarizzare il dispositivo laser."
Applicazioni di comunicazione, spettroscopia e rilevamento in vista
Grazie ai loro laser a modello bloccato continuamente e ampiamente sintonizzabili, ci sono molte potenziali applicazioni per le comunicazioni, la spettroscopia e il rilevamento. "Per quanto riguarda il dominio del tempo, il treno di impulsi coerente può essere sincronizzato con un segnale a microonde esterno arbitrario o con una linea di ritardo sintonizzabile", afferma Senica. "Per il dominio della frequenza, la spaziatura delle modalità sintonizzabili all'interno del pettine di frequenza può colmare eventuali lacune spettrali."
In effetti, Senica e colleghi hanno già dimostrato un esperimento di spettroscopia di assorbimento che richiedeva solo un semplice rilevatore di intensità-piuttosto che uno spettrometro da tavolo-delle dimensioni di uno strumento.
"Crediamo che il nostro approccio sarà relativamente semplice da implementare anche con altri tipi di laser a semiconduttore nelle regioni dell'infrarosso e del visibile dello spettro elettromagnetico e aprirà la strada a un'ampia varietà di applicazioni", afferma Senica. "Un aspetto importante sarà l'ottimizzazione delle proprietà delle microonde, insieme al confezionamento avanzato di tali dispositivi."
