Hamamatsu Photonics a développé avec succès une puissance de sortie laser à cascade quantique (QCL) en analysant le principe de génération d’ondes térahertz, en utilisant la propre technologie de conception optique de Hamamatsu et des résonateurs externes à grille de diffraction à haute efficacité. Le premier module QCL au monde capable de générer des ondes térahertz de n’importe quelle fréquence dans la gamme de 0,42 ~ 2 THz.
À quoi ressemble le module QCL
Les principaux résultats de la recherche
1. La puissance de sortie est 5 fois plus élevée que le QCL non linéaire térahertz précédent. Hamamatsu Photonics a analysé le principe de la propagation des ondes térahertz à l’intérieur du QCL non linéaire térahertz, et a constaté que la connexion de sa surface supérieure avec une lentille en silicium à haute résistance peut améliorer l’efficacité de génération des ondes térahertz, et a utilisé sa technologie de croissance cristalline accumulée au fil des ans. Et la technologie de traitement des semi-conducteurs optimise la structure interne pour augmenter la sortie de crête au point de fréquence de 1 THz au niveau inférieur au milliwatt, qui est plus de 5 fois supérieur à celui du QCL non linéaire traditionnel.
2. Le premier module QCL réglable en fréquence 0,42 ~ 2 THz au monde. Hamamatsu Photonics a mené des recherches approfondies sur le matériau du film antireflet sur la surface supérieure du QCL non linéaire térahertz. Dans le même temps, grâce à la technologie de conception optique unique, un réseau de diffraction correspondant est placé à l’extérieur du QCL pour former un résonateur, et l’inclinaison est contrôlée par des appareils électriques. Le premier module QCL au monde capable de générer des ondes térahertz arbitraires dans la gamme de 0,42 à 2 THz à température ambiante a été réalisé.
Indication de commutation de fréquence
Principe de commutation de fréquence: Le faisceau laser infrarouge moyen émis par un QCL non linéaire térahertz est réfléchi dans un réseau de diffraction. Dans ce cas, la commutation de la fréquence de l’onde THz est réalisée en contrôlant électriquement le réseau de diffraction et en modifiant l’inclinaison.
Contexte de la R&D
En raison des différents composants contenus dans l’échantillon à tester, la fréquence des ondes térahertz facilement absorbées sera également différente. En utilisant cette caractéristique, les résultats de la recherche devraient être utilisés pour l’évaluation de la qualité et l’analyse non destructive des échantillons. En outre, étant donné que les ondes térahertz sont plus élevées en fréquence que la bande de fréquences utilisée par la norme de communication à haut débit « 5G », ce produit devrait également être utilisé pour la prochaine génération de communication « 6G ».
En 2018, Hamamatsu Photonics a développé un QCL non linéaire térahertz en utilisant la technologie unique de conception de structure quantique, en utilisant la conception anti-croisement à double état à haute énergie (AnticrossDAUTM). Ce QCL térahertz non linéaire peut modifier la fréquence de l’onde térahertz et l’irradier en fonction des composants contenus dans l’échantillon, puis améliorer la précision de l’analyse en fonction du taux d’absorption. Cependant, il n’existe actuellement aucune source de lumière laser semi-conductrice capable de modifier la fréquence dans un module. Par conséquent, Hamamatsu Photonics a étudié et développé des modules QCL à changement de fréquence.
Résumé des réalisations en R&D
Dans ce rapport de recherche, Hamamatsu Photonics a analysé le principe de génération d’ondes térahertz dans QCL et a optimisé la structure interne en utilisant la technologie de croissance cristalline et la technologie de processus semi-conducteur accumulée au fil des ans. Dans le même temps, le principe de la propagation des ondes térahertz à l’intérieur du QCL a également été analysé, et il a été constaté que la connexion entre la surface supérieure et la lentille en silicium à haute résistance peut améliorer l’efficacité de génération des ondes térahertz et augmenter la puissance de sortie à plus de 5 fois celle du passé. En combinant la technologie de conception optique unique de Hamamatsu Photonics et en faisant correspondre le QCL avec un réseau de diffraction approprié, un résonateur externe efficace est formé, puis l’inclinaison est modifiée en contrôlant électriquement le réseau de diffraction, réalisant ainsi le premier module QCL 0,42 ~ A au monde qui génère des ondes térahertz de fréquences arbitraires dans la gamme 2THz.
Les résultats de cette étude montrent que dans le cas de différentes fréquences d’absorption de différents composants de l’échantillon à tester, l’utilisation d’un module pour commuter la fréquence et irradier les ondes térahertz à bande étroite pour vérifier le taux d’absorption de chaque composant peut améliorer les médicaments, les aliments et les matériaux semi-conducteurs. l’évaluation de la qualité et l’exactitude des essais non destructifs. En outre, il devrait également être appliqué à l’identification de matériaux polymères à haute molécule tels que les plastiques qui n’étaient pas facilement identifiables auparavant. Ensuite, Hamamatsu Photonics continuera également à étudier en profondeur la structure de dissipation thermique de QCL, dans le but d’obtenir un fonctionnement stable et continu des ondes THz. On s’attend à ce que les ondes THz soient utilisées dans des domaines tels que la radioastronomie pour observer l’univers, et la vitesse de transmission des données atteindra des centaines de gigabits par seconde. Application dans le sens du développement de la communication sans fil à très haute vitesse à courte distance de grande capacité.
À l’avenir, Hamamatsu Photonics utilisera également sa technologie unique de systèmes microélectromécaniques (MEMS) pour réduire les modules QCL à la taille d’un bout de doigt.
