太赫兹量子级联激光器制备及其成像应用.PDFVIP

中国科学 G 辑:物理学 力学 天文学 2008 年 第 38 卷 第 5 期 :485 ~ 493 SCIENCE IN CHINA PRESS 太赫兹量子级联激光器制备及其成像应用 黎华, 曹俊诚* 中国科学院上海微系统与信息技术研究所, 信息功能材料国家重点实验室, 上海 200050 * 联系人, E-mail: jccao@ 收稿日期: 2007-11-13; 接受日期: 2007-12-18 国家杰出青年基金(批准号:、国家重点基础研究发展计划(编号: 2007CB310402)、国家自然科学基金(批准 号:和上海市基础研究重大项目(编号: 06dj14008)资助 摘要 太赫兹辐射源是太赫兹频段应用的关键器件. 全固态相干太赫兹 关键词 量子级联激光器作为一种重要的太赫兹辐射源具有能量转换效率高、体积 太赫兹 小、轻便和易集成等优点. 介绍了太赫兹量子级联激光器在激射频率和最 量子级联激光器 高工作温度方面的研究进展, 重点讨论了太赫兹量子级联激光器的制作工 成像 艺和测试方法. 最后简单概述了太赫兹量子级联激光器在成像领域的应用. 太赫兹(terahertz, THz)波 [1~5]是指频率从 300 GHz~10 THz, 介于毫米波与红外光之间的电 磁波. 作为THz频段应用的关键器件, THz辐射源在材料表征、医学诊断、环境检测、THz成像、 宽带无线通信以及短距离必威体育官网网址通信等领域都有广泛的应用前景. THz辐射源可以粗略地分为不相干的热辐射源、宽频带辐射源以及窄频带辐射源. 光电导 和光整流是最常见的两种产生宽频带脉冲THz辐射的方法. 目前, 这些方法的转换效率很低, 发射的THz光束的平均功率只有纳瓦到微瓦量级. 产生窄频带THz辐射的方法也有很多种, 包 括微波频率上转换、光源频率下转换、THz激光以及反向波管等等. 这些不同的产生THz辐射 的方法各有利弊, 例如上转换技术主要用于发射低功率连续的THz波; 光混频下转换技术的转 换效率低; 气体激光器可以得到高达 30 mW 的输出功率, 但是光源不是连续可调的; 自由电 子激光器体积巨大, 造价昂贵等等. 在THz激光中, 半导体激光是一种重要的产生窄频带THz 的辐射源. 最早的产生THz辐射的半导体激光是p 型锗激光器. 近年来, 随着半导体薄膜生长 技术的进步, 精确控制生长纳米级厚度的半导体薄膜已经成为了现实. 因此, 基于多量子阱级 联结构的量子级联激光器(quantum cascade laser, QCL)于 1994 年在中红外频段成功实现了激 射 [6]. 之后, 意大利和英国的科学家于 2002 年又合作研制成功了世界上第一个THz QCL[7]. 全 固态的THz QCL具有能量转换效率高、体积小、轻便和易集成等优点, 因此, 它一经发明就引 起广泛的关注并成为本领域的研究热点. 当前, THz QCL研究的重点主要集中在有源区结构的 485 黎华等: 太赫兹量子级联激光器制备及其成像应用 设计、工作温度的提升、连续波工作、高发射光功率、低激射频率以及阈值电流密度的降低 等. 1 THz QCL 的发展 THz QCL沿用了中红外QCL 的设计概念, 将激射频率从中红外延伸到THz频域. 关于THz QCL 的工作原理, 我们在文献 [8] 中做了详细的介绍. 由