Hamamatsu Photonics har framgångsrikt utvecklat en QCL-uteffekt (Quantum Cascade Laser) genom att analysera generationsprincipen för terahertzvågor, med hjälp av Hamamatsus egen optiska designteknik och högeffektiva diffraktionsgallering av externa resonatorer. Världens första QCL-modul som kan generera terahertzvågor av vilken frekvens som helst i intervallet 0,42 ~ 2THz.
Så här ser QCL-modulen ut
De viktigaste forskningsresultat
1. Uteffekten är 5 gånger högre än den tidigare terahertz nonlinear QCL. Hamamatsu Photonics analyserade principen om terahertz vågutbredning inuti terahertz nonlinear QCL, och fann att anslutningen av dess övre yta med en högbeständig kisellins kan förbättra produktionseffektiviteten hos terahertzvågor och använde sig av dess kristalltillväxtteknik som ackumulerats under åren. Och halvledarprocessteknik optimerar den interna strukturen för att öka toppeffekten vid 1THz-frekvenspunkten till sub-milliwatt-nivån, vilket är mer än 5 gånger den traditionella icke-linjära QCL.
2. Världens första 0,42 ~ 2THz frekvensjusterbara QCL-modul. Hamamatsu Photonics har bedrivit djupgående forskning om materialet i antireflektionsfilmen på den övre ytan av terahertz nonlinear QCL. Samtidigt, genom den unika optiska designtekniken, sätts ett matchande diffraktionsgaller utanför QCL för att bilda en resonator, och lutningen styrs av elektriska apparater. Världens första QCL-modul som kan generera godtyckliga terahertzvågor i intervallet 0,42 till 2 THz vid rumstemperatur har realiserats.
Indikation för frekvensväxling
Frekvensomkopplingsprincip: Den mitt infraröda laserstrålen som avges från en terahertz ickelinjär QCL återspeglas i ett diffraktionsgaller. I detta fall uppnås omkopplingen av frekvensen för THz-vågen genom att elektriskt styra diffraktionsgallret och ändra lutningen.
R & D bakgrund
På grund av de olika komponenterna i provet som ska testas kommer frekvensen av terahertzvågor som lätt absorberas också att vara annorlunda. Med hjälp av denna egenskap förväntas forskningsresultat användas för kvalitetsbedömning och icke-destruktiv analys av prover. Dessutom, eftersom terahertzvågor är högre i frekvens än det frekvensband som används av höghastighetskommunikationsstandarden "5G", förväntas denna produkt också användas för nästa generations "6G" -kommunikation.
Under 2018 utvecklade Hamamatsu Photonics en terahertz icke-linjär QCL genom att använda den unika kvantstrukturdesigntekniken, med hjälp av anti-crossing dual high-energy state design (AnticrossDAUTM). Denna terahertz ickelinjära QCL kan ändra frekvensen för terahertzvågen och bestråla den enligt komponenterna i provet och sedan förbättra analysnoggrannheten enligt absorptionshastigheten. Det finns dock för närvarande ingen halvledarlaserljuskälla som kan uppnå frekvensförändring i en modul. Därför har Hamamatsu Photonics forskat och utvecklat frekvensförändrande QCL-moduler.
Sammanfattning av FoU-prestationer
I denna forskningsrapport analyserade Hamamatsu Photonics generationsprincipen för terahertzvågor i QCL och optimerade den interna strukturen med hjälp av kristalltillväxtteknik och halvledarprocessteknik som ackumulerats under åren. Samtidigt analyserades också principen om terahertzvågförökning inuti QCL, och det konstaterades att anslutningen mellan toppytan och högbeständig kisellins kan förbättra produktionseffektiviteten hos terahertzvågor och öka uteffekten till mer än 5 gånger tidigare. Genom att kombinera hamamatsu-fotonikens unika optiska designteknik och matcha QCL med ett lämpligt diffraktionsgaller bildas en effektiv extern resonator, och sedan ändras lutningen genom att elektriskt styra diffraktionsgallret och därmed realisera världens första 0,42 ~ en QCL-modul som genererar terahertzvågor av godtyckliga frekvenser i 2THz-intervallet.
Resultaten av denna studie visar att vid olika absorptionsfrekvenser av olika komponenter i provet som ska testas kan användning av en modul för att växla frekvens och bestråla smalbands terahertzvågor för att kontrollera absorptionshastigheten för varje komponent förbättra läkemedel, livsmedel och halvledarmaterial. kvalitetsbedömning och noggrannhet vid icke-destruktiv provning. Dessutom förväntas det också tillämpas på identifiering av högmolekylära polymermaterial som plast som inte var lätta att identifiera tidigare. Därefter kommer Hamamatsu Photonics också att fortsätta att studera värmeavledningsstrukturen hos QCL på djupet, i syfte att uppnå stabil och kontinuerlig drift av THz-vågor. Det förväntas att THz-vågor kommer att användas inom områden som radioastronomi för att observera universum, och dataöverföringshastigheten kommer att nå hundratals gigabit per sekund. Tillämpning i utvecklingsriktningen för ultrahög hastighet kortdistans trådlös kommunikation med hög kapacitet.
I framtiden kommer Hamamatsu Photonics också att använda sin unika mikroelektromekaniska systemteknik (MEMS) för att krympa QCL-moduler ner till storleken på en fingertopp.
