Hamamatsu Photonics has successfully developed a quantum cascade laser (QCL) output power by analyzing the generation principle of terahertz waves, using Hamamatsu's own optical design technology, and high{{0}}efficiency diffraction grating external resonators. The world's first QCL module that can generate terahertz waves of any frequency in the range of 0.422THz.
Sådan ser QCL-modulet ud
De vigtigste forskningsresultater
1. Udgangseffekten er 5 gange højere end den tidligere terahertz ikke-lineære QCL. Hamamatsu Photonics analyserede princippet om terahertz-bølgeudbredelse inde i den terahertz ikke-lineære QCL og fandt ud af, at forbindelsen af dens øverste overflade med en siliciumlinse med høj-resistens kan forbedre genereringseffektiviteten af terahertz-bølger, og gjorde brug af dens krystal vækstteknologi akkumuleret gennem årene. Og halvlederprocesteknologi optimerer den interne struktur for at øge peak-output ved 1THz-frekvenspunktet til sub-milliwatt-niveauet, hvilket er mere end 5 gange højere end traditionel ikke-lineær QCL.
2. The world's first 0.422THz frequency adjustable QCL module. Hamamatsu Photonics has conducted in-depth research on the material of the anti-reflection film on the top surface of the terahertz nonlinear QCL. At the same time, through the unique optical design technology, a matching diffraction grating is set outside the QCL to form a resonator, and the tilt is controlled by electrical appliances. The world's first QCL module capable of generating arbitrary terahertz waves in the range of 0.42 to 2 THz at room temperature has been realized.
Frekvensskiftende indikation
Frekvensskifteprincip: Den midterste-infrarøde laserstråle, der udsendes fra en terahertz ikke-lineær QCL, reflekteres i et diffraktionsgitter. I dette tilfælde opnås omskiftningen af frekvensen af THz-bølgen ved elektrisk styring af diffraktionsgitteret og ændring af hældningen.
RD baggrund
Due to the different components contained in the sample to be tested, the frequency of terahertz waves that are easily absorbed will also be different. Using this characteristic, the research results are expected to be used for quality assessment and non-destructive analysis of samples. In addition, since terahertz waves are higher in frequency than the frequency band used by the high-speed communication standard "5G", this product is also expected to be used for the next generation of "6G" communication.
I 2018 udviklede Hamamatsu Photonics en terahertz ikke-lineær QCL ved at bruge den unikke kvantestrukturdesignteknologi ved at bruge anti-krydsende dobbelt høj-energitilstandsdesign (AnticrossDAUTM). Denne terahertz ikke-lineære QCL kan ændre frekvensen af terahertz-bølgen og bestråle den i henhold til komponenterne i prøven og derefter forbedre analysens nøjagtighed i henhold til absorptionshastigheden. Der er dog i øjeblikket ingen halvlederlaserlyskilde, der kan opnå frekvensændring i ét modul. Derfor har Hamamatsu Photonics forsket i og udviklet frekvens-ændrende QCL-moduler.
Sammenfatning af RD-præstationer
In this research report, Hamamatsu Photonics analyzed the generation principle of terahertz waves in QCL, and optimized the internal structure using crystal growth technology and semiconductor process technology accumulated over the years. At the same time, the principle of terahertz wave propagation inside the QCL was also analyzed, and it was found that the connection between the top surface and the high{{0}}resistance silicon lens can improve the generation efficiency of terahertz waves and increase the output power to more than 5 times that of the past. Combining the unique optical design technology of Hamamatsu Photonics, and matching the QCL with a suitable diffraction grating, an efficient external resonator is formed, and then the inclination is changed by electrically controlling the diffraction grating, thereby realizing the world's first 0.42 A QCL module that generates terahertz waves of arbitrary frequencies in the 2THz range.
Resultaterne af denne undersøgelse viser, at i tilfælde af forskellige absorptionsfrekvenser af forskellige komponenter i prøven, der skal testes, ved hjælp af et modul til at skifte frekvensen og bestråle smalbånds-terahertz-bølger for at kontrollere absorptionshastigheden af hver komponent kan forbedre lægemidler, fødevarer og halvledermaterialer. kvalitetsvurdering og nøjagtighed af ikke-destruktiv test. Derudover forventes det også at blive anvendt til identifikation af høj-polymermaterialer som f.eks. plast, der ikke var let identificeret før. Dernæst vil Hamamatsu Photonics også fortsætte med at studere varmeafledningsstrukturen af QCL i dybden med det formål at opnå stabil og kontinuerlig drift af THz-bølger. Det forventes, at THz-bølger vil blive brugt i felter som radioastronomi til at observere universet, og datatransmissionshastigheden vil nå op på hundredvis af gigabit i sekundet. Applikation i udviklingsretningen af ultra-høj-stor-kapacitet kort-trådløs kommunikation.
I fremtiden vil Hamamatsu Photonics også bruge sin unikke mikroelektromekaniske systemer (MEMS) teknologi til at krympe QCL-moduler ned til størrelsen af en fingerspids.
