Hamamatsu Photonics on onnistuneesti kehittänyt Kvanttikaskadilaserin (QCL) lähtötehon analysoimalla terahertsiaaltojen sukupolviperiaatetta Hamamatsun omalla optisella suunnittelutekniikalla ja tehokkaalla diffraktioritilällä ulkoisia resonaattoreita. Maailman ensimmäinen QCL-moduuli, joka voi tuottaa minkä tahansa taajuuden terahertsiaaltoja alueella 0,42 ~ 2 THz.
Miltä QCL-moduuli näyttää
Tärkeimmät tutkimustulokset
1. Lähtöteho on 5 kertaa suurempi kuin edellinen terahertsin epälineaarinen QCL. Hamamatsu Photonics analysoi terahertsiaallon etenemisen periaatetta terahertsin epälineaarisen QCL: n sisällä ja havaitsi, että sen yläpinnan liittäminen korkean kestävyyden piilinssiin voi parantaa terahertsiaaltojen tuotantotehokkuutta ja hyödynsi vuosien varrella kertynyttä kristallinkasvutekniikkaa. Ja puolijohdeprosessitekniikka optimoi sisäisen rakenteen lisäämään huippulähtöä 1 THz: n taajuuspisteessä alle milliwattitasolle, joka on yli 5 kertaa enemmän kuin perinteinen epälineaarinen QCL.
2. Maailman ensimmäinen 0,42 ~ 2 THz: n taajuussäädettävä QCL-moduuli. Hamamatsu Photonics on tehnyt perusteellisen tutkimuksen heijastuksenestokalvon materiaalista terahertsin epälineaarisen QCL: n yläpinnalla. Samalla ainutlaatuisen optisen suunnittelutekniikan avulla QCL: n ulkopuolelle asetetaan vastaava diffraktioritilä resonaattorin muodostamiseksi, ja kallistusta ohjataan sähkölaitteilla. Maailman ensimmäinen QCL-moduuli, joka pystyy tuottamaan mielivaltaisia terahertsiaaltoja välillä 0,42-2 THz huoneenlämmössä, on toteutettu.
Taajuuden kytkentänäyttö
Taajuuden kytkentäperiaate: Terahertsin epälineaarisesta QCL:stä lähetetty keski-infrapunalasersäde heijastuu diffraktioritilässä. Tässä tapauksessa THz-aallon taajuuden vaihtaminen saavutetaan ohjaamalla diffraktioritilää sähköisesti ja muuttamalla kaltevuutta.
T & K-tausta
Testattavan näytteen eri komponenttien vuoksi helposti imeytyvien terahertsiaaltojen taajuus on myös erilainen. Tämän ominaisuuden avulla tutkimustuloksia odotetaan käytettävän näytteiden laadun arviointiin ja rikkomattomaan analyysiin. Lisäksi, koska terahertsiaallot ovat taajuudeltaan korkeammat kuin nopean viestinnän standardin "5G" käyttämä taajuusalue, tätä tuotetta odotetaan käytettävän myös seuraavan sukupolven "6G" -viestintään.
Vuonna 2018 Hamamatsu Photonics kehitti terahertsin epälineaarisen QCL: n hyödyntämällä ainutlaatuista kvanttirakenteen suunnittelutekniikkaa käyttämällä ylittämisen estävää kaksois-korkeaenergistä tilasuunnittelua (AnticrossDAUTM). Tämä terahertsin epälineaarinen QCL voi muuttaa terahertsiaallon taajuutta ja säteilyttää sen näytteen sisältämien komponenttien mukaan ja parantaa sitten analyysitarkkuutta absorptionopeuden mukaan. Tällä hetkellä ei kuitenkaan ole puolijohdelaservalonlähdettä, joka voisi saavuttaa taajuuden muutoksen yhdessä moduulissa. Siksi Hamamatsu Photonics on tutkinut ja kehittänyt taajuusmuuttavia QCL-moduuleja.
Yhteenveto T&K-saavutuksista
Tässä tutkimusraportissa Hamamatsu Photonics analysoi terahertsiaaltojen sukupolviperiaatetta QCL: ssä ja optimoi sisäisen rakenteen vuosien varrella kertyneellä kristallikasvutekniikalla ja puolijohdeprosessitekniikalla. Samalla analysoitiin myös terahertsiaallon etenemisen periaatetta QCL: n sisällä, ja todettiin, että yläpinnan ja korkean kestävyyden piilinssin välinen yhteys voi parantaa terahertsiaaltojen tuotantotehokkuutta ja lisätä lähtötehoa yli 5-kertaiseksi aiempaan verrattuna. Yhdistämällä Hamamatsu Photonicsin ainutlaatuisen optisen suunnittelutekniikan ja yhdistämällä QCL sopivan diffraktioritilän, muodostuu tehokas ulkoinen resonaattori, ja sitten kaltevuutta muutetaan ohjaamalla sähköisesti diffraktioritilää, mikä toteuttaa maailman ensimmäisen 0,42 ~ A QCL -moduulin, joka tuottaa terahertsiaaltoja mielivaltaisilla taajuuksilla 2 THz: n alueella.
Tämän tutkimuksen tulokset osoittavat, että testattavan näytteen eri komponenttien eri absorptiotaajuudet voivat parantaa lääkkeitä, ruokaa ja puolijohdemateriaaleja käyttämällä moduulia taajuuden vaihtamiseen ja kapeakaistaisten terahertsiaaltojen säteilyttämiseen kunkin komponentin imeytymisnopeuden tarkistamiseksi. rikkomattoman testauksen laadunarviointi ja tarkkuus. Lisäksi sitä odotetaan käytettävän myös sellaisten suurimolekyylisten polymeerimateriaalien, kuten muovien, tunnistamiseen, joita ei ole aiemmin helppo tunnistaa. Seuraavaksi Hamamatsu Photonics jatkaa myös QCL: n lämmönpoistorakenteen tutkimista perusteellisesti tavoitteena saavuttaa THz-aaltojen vakaa ja jatkuva toiminta. On odotettavissa, että THz-aaltoja käytetään radioastronomian kaltaisilla aloilla maailmankaikkeuden havainnointiin, ja tiedonsiirtonopeus nousee satoihin gigabittiin sekunnissa. Sovellus erittäin nopean suuren kapasiteetin lyhyen matkan langattoman viestinnän kehityssuuntaan.
Tulevaisuudessa Hamamatsu Photonics käyttää myös ainutlaatuista mikroelektrologista järjestelmää (MEMS) pienentääkseen QCL-moduulit sormenpään kokoisiksi.
