Proposal for a tunable graphene-based terahertz Landau-level laser
在强磁场的存在下，石墨烯的电子能带结构急剧变化。狄拉克锥坍缩成离散的非等距朗道能级，其可以通过改变磁场进行外部调谐。与常规材料相比，使用圆偏振光可选择性地寻址特定朗道能级。利用这些独特的属性，我们提出了一个可调谐激光器的设计工作在技术上有前途的太赫兹光谱范围。为了揭示光发射背后的多粒子物理学，我们对嵌入光学腔中的光学泵浦朗道量子化石墨烯中的电子、声子和光子的非平衡动力学进行了完全量子力学研究。所获得的微观见解使我们能够预测最佳实验条件，以实现技术上有前途的太赫兹激光器。
2016-06-29 cond-mat.mes-hall
Injection terahertz laser using the resonant inter-layer radiative transitions in double-graphene-layer structure
提出并证实了双石墨烯结构中石墨烯层间电子共振辐射跃迁产生太赫兹激光的概念。我们估计的太赫兹增益TM模式表现出非常低的德鲁德吸收在GL和显示的增益可以超过金属-金属波导中的损耗在低端的太赫兹范围。所发射的光子的光谱可以通过所施加的电压来调谐。太赫兹增益的弱温度依赖性促进了在室温下的有效操作。
2013-09-11 cond-mat.mes-hall
Contrasting influence of charged impurities on transport and gain in terahertz quantum cascade lasers
利用非平衡格林函数计算了共振声子太赫兹量子级联激光器的输运和增益特性。杂质散射被证明是负责对比在运输和增益特性的非线性效应。对于典型的掺杂浓度，电流密度被发现是弱敏感的杂质散射强度。与此相反，计算的增益被发现是非常敏感的杂质散射强度。这种差异归因于带电杂质的长程耦合的强动量依赖性。小动量杂质散射被证明是负责共振隧穿过程的非相干制度。这些新的见解杂质散射的关键作用打开了一个新的路线，改善太赫兹量子级联激光器的掺杂分布的工程。
2015-10-29 cond-mat.mes-hall
Proposed ultra wide-band tunable THz RT lasers based on momentum space negative conductivity under electron streaming in hNB-graphene sandwiches
观察太赫兹损耗增益切换通过栅极上的偏置石墨烯三明治的传输解释下，在石墨烯中的电子流的响应。基于这一考虑，提出了太赫兹源，包括硅谐振器放置在三明治与电流在石墨烯中流动。它应该提供可调谐的偏置发射在宽太赫兹波段。该光源是直接模拟太赫兹的可调谐微波激光器演示。
2020-04-13 cond-mat.mes-hall
Room temperature operation of n-type Ge/SiGe terahertz quantum cascade lasers predicted by non-equilibrium Green's functions
采用非平衡格林函数方法研究了n型Ge/SiGe太赫兹量子级联激光器。我们比较了太赫兹增益特性的温度依赖性与等效的GaAs/AlGaAs QCL设计。在Ge/SiGe的情况下，增益被发现是更强大的温度增加，使工作到室温。相对于III-V族的更好的温度鲁棒性归因于与光学声子的弱得多的相互作用。较低的界面质量的影响进行了研究，可以部分克服工程更平滑的量子限制通过多个势垒高度。
2018-11-30 cond-mat.mes-hall
Collective terahertz fluctuation modes in a polariton laser
本文研究了半导体微腔中极化激元BCS态的序参量涨落，提出利用太赫兹辐射可激发具有不同轨道角动量的集体涨落模式，其物理表现为太赫兹增益。
2023-02-03 cond-mat.mes-hall
Intense terahertz laser fields on a two-dimensional electron gas with Rashba spin-orbit coupling
利用Floquet态求解含时薛定谔方程，研究了强太赫兹激光场下具有Rashba自旋轨道耦合的InAs基二维电子气的自旋相关态密度和自旋极化密度.结果表明，这两种密度都受到太赫兹激光场的强烈影响。特别是在电子气中感应出垂直于外太赫兹激光场的太赫兹磁矩。利用这种效应可以有效地将太赫兹电信号转换为太赫兹磁信号。
2004-10-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Terahertz Lasing at Roomtemperature: Numerical Study of a Vertical-Emitting Quantum Cascade Laser Based on a Quantum Dot Superlattice
研究了以量子点链为活性材料的太赫兹量子级联激光器的室温激射特性，该激光器适用于无线通信和成像技术。基于单量子点波函数的“量子点轨道的线性组合”方法，使这种扩展的耦合量子点系统的能带结构计算成为可能。我们的研究结果表明，耦合量子点的强垂直发射，减少声子耦合和面内散射，使室温激光与显着降低阈值电流密度。
2021-02-10 cond-mat.mes-hall
Simulating terahertz quantum cascade lasers: Trends from samples from different labs
我们提出了一个系统的比较结果，从我们的非平衡格林函数形式主义与大量的AlGaAs-GaAs太赫兹量子级联激光器先前发表在文献中。对所有样品采用相同的材料和模拟参数，我们观察到，对于给定组的样品，测量和计算的峰值电流之间的差异相似。这表明实验和理论之间的差异部分是由于在不同实验室制造的设备缺乏可重复性。改变不同器件的界面粗糙度高度，我们发现激光操作下的峰值电流几乎没有变化，因此界面质量的差异似乎不是缺乏再现性的唯一原因。
2016-08-31 cond-mat.mes-hall
Vertical cavity surface emitting terahertz laser
垂直腔面发射太赫兹激光器可以在传统的半导体微腔中实现，在强耦合机制下嵌入量子阱。该腔将以2 p激子状态的频率的一半进行光学泵浦。一旦达到2 p激子的阈值数量，受激太赫兹跃迁就会填充较低的激子-极化子分支，并且腔开始在光学和太赫兹范围内发射激光。激光阈值对泵浦光的光子统计特性敏感。
2012-03-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Laser-induced terahertz spin transport in magnetic nanostructures arises from the same force as ultrafast demagnetization
激光诱导的太赫兹自旋输运（TST）和超快退磁（UDM）是飞秒磁性和太赫兹自旋电子学中的核心现象，但迄今为止是不相关的。在这里，我们使用宽带太赫兹发射光谱在一个设置中可靠地测量这两个过程。我们发现，单个铁磁金属层F的UDM速率与从F到相邻正常金属层N的TST通量具有相同的时间演化。这种惊人的一致性表明，UDM和TST是由相同的力驱动的，这完全取决于铁磁体的状态。分析模型一致和定量地解释了我们的观察。结果表明，F的UDM和F的TST都是一个重要的遗传因子，|N堆叠产生于广义自旋电压，其定义为任意的非热电子分布。我们还得出结论，由于F和N之间可能的温度差的贡献是轻微的，自旋电流的振幅可以，在原则上，增加了一个数量级。总的来说，我们的研究结果使人们能够将UDM的大量知识应用于TST，从而为大振幅太赫兹自旋电流开辟了新的途径，从而为节能的超快自旋电子器件开辟了新的途径。
2021-05-25 cond-mat.mes-hall
Terahertz electric field driven electric currents and ratchet effects in graphene
通过实验和微观模拟研究了太赫兹场在石墨烯中诱导的光电流。通过连续和脉冲激光辐射在大面积以及小尺寸剥离的石墨烯样品中产生电流。我们回顾一般的对称性考虑导致光电流依赖于线性和圆偏振辐射，然后提出了一些检测光电流的情况。从斜入射下的光子拖曳效应开始，我们继续在SiC的剩余辐射带和石墨烯的边缘产生电流的光电流效应增强。棘轮效应被认为是平面内磁场和结构反转的不对称性，以及棘轮的非对称图案化的顶栅。最后，我们证明了石墨烯可以用作太赫兹辐射的快速宽带探测器。
2017-10-17 cond-mat.mes-hall
A phonon scattering assisted injection and extraction based terahertz quantum cascade laser
提出并实验验证了一种基于声子-光子-声子连续发射的太赫兹量子级联激光器方案。所提出的结构的电荷输运建模使用速率方程形式主义。为了在150 K下使粒子数反转和振子强度的乘积最大化，开发了一个基于遗传算法的优化程序，在$\mathrm{GaAs/Al_{0.25}Ga_{0.75}As}$材料系统中找到一个四阱设计。用Au双金属波导制作的器件在3.2THz到138 K的温度下产生激光。的电特性显示在激光阈值，这表明-由于速率方程模型-较低的激光状态，一个缓慢的人口减少率，非平衡格林函数计算证实了一个假设的微分电阻下降的迹象。
2012-01-19 cond-mat.mes-hall
Separating terahertz spin and charge contributions from ultrathin antiferromagnetic heterostructures
提出结合高外磁场与太赫兹偏振对称性分析的方法，成功分离Pt/NiO异质结构中太赫兹发射的自旋与电荷贡献，为太赫兹自旋电子学与轨道电子学发展提供通用实验手段。
2024-12-18 cond-mat.mes-hall
Observation of Zone-Folded Acoustic Phonons in Terahertz Quantum Cascade Lasers using Picosecond Ultrasonics
利用超快激光光谱技术研究了太赫兹量子级联激光器的时间分辨振动特性。通过观察声学折叠分支，并通过分析所涉及的声子模式，可以提取这些器件的准确结构信息，这对于它们的设计和性能是必不可少的。
2010-12-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Position and mode dependent coupling of terahertz quantum cascade laser fields to an integrated diode
将肖特基二极管集成到太赫兹量子级联激光波导中，直接耦合到内部激光场。在多模激光器中，二极管响应与每个激射模式的二极管的瞬时功率和耦合强度两者相关。测量了集成在两个不同位置的量子级联激光腔中的二极管的整流响应，表明二极管的相对位置强烈影响激光二极管耦合。
2016-05-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Sub-Wavelength Terahertz Spin-Flip Laser Based on a Magnetic Point-Contact Array
我们提出了一种新的设计的单模，真正的亚波长太赫兹盘激光器的基础上的纳米复合增益介质包括一个阵列的金属/铁磁点接触嵌入在一个薄的电介质层。由于从接触的铁磁侧注入的自旋极化电子的自旋翻转弛豫，在点接触中发生光的受激发射。接触中的超高电流密度和具有大折射率的电介质材料（在常规半导体介质中不能实现这两种条件）允许克服盘的最低阶模式的激光阈值，从而使得单模操作成为可能。
2011-02-14 cond-mat.mes-hall
The terahertz phonon laser: a full quantum treatment
这项工作的目的是描述能够产生高频（~THz）声学声子的设备的行为。该器件由GaAs-AlGaAs双势垒异质结构组成，当施加外部偏压时，产生高速率的纵向光学LO声子。这些LO声子是受限的，它们通过一对次级纵光学（LO_2）和横声学（TA）声子的受激发射衰减。最后一个形成了一束强烈的相干声学声子。为了研究这种效应，我们从考虑电子-声子（e-ph）和声子-声子（ph-ph）相互作用的紧束缚哈密顿量开始。我们计算通过双势垒的电子电流，我们得到一组五个耦合动力学方程，描述了电子和声子的人口。这里得到的结果证实了太赫兹声子激光器的行为，估计粗糙的处理。
2001-01-04 cond-mat.mes-hall
Theoretical analysis of spectral gain in a THz quantum cascade laser: prospects for gain at 1 THz
在最近的一封信[应用物理快报。82，1015（2003）]，Williams等人报道了在3.4THz或14.2meV下操作的太赫兹量子级联激光器的开发。我们已经计算和分析了量子级联结构的增益谱，除了在报道的激光能量~= 14 meV处获得增益外，我们还发现了在约5 meV或略高于1 THz的低得多的能量处的实质性增益。这表明了在这种较低能量下开发太赫兹激光器或双色太赫兹激光器的途径。
2003-08-25 cond-mat.mes-hall
Proposal for an electrically controlled terahertz micro-oscillator
提出一种由石墨烯门控的纳米复合板结构，利用纳米棒极化与反射辐射的正反馈，实现电压可控的持续太赫兹振荡源，适用于生物医学与安全检测。
2024-11-18 cond-mat.mes-hall
Coherence of resonant-tunneling transport in terahertz quantum-cascade lasers
我们发展了简单的密度矩阵模型来描述量子级联激光器（QCL）的共振隧穿（RT）输运中相干性的作用。具体地说，我们研究了激光能级与其他能级之间的相干耦合对输运性质和增益谱的影响。在本文的第一部分，我们使用三能级密度矩阵模型，获得有用的解析表达式，电流传输通过注入势垒在QCL。导出了激光阈值处电流-电压特性曲线斜率不连续性的表达式。这个值被证明是一个直接的测量在阈值的粒子数反转，并反驳了以前持有的信念，它是激光能级寿命的比率的指示。在论文的第二部分，我们使用密度矩阵计算共振声子太赫兹QCL设计的增益谱。较低的辐射水平的双峰的大的反交叉反映在一个广泛的增益线宽由于相干RT辅助的人口减少过程。在一定的偏置条件下，增益谱呈现双峰，这得到了实验观测的支持。
2009-10-15 cond-mat.mes-hall
Terahertz lasers based on optically pumped multiple graphene structures with slot-line and dielectric waveguides
提出并评价了基于光泵多层石墨烯结构的太赫兹（THz）激光器。所开发的设备模型占的带间和带内跃迁的简并电子空穴等离子体中产生的光辐射在MGL结构和槽或介质波导中的损失。给出了太赫兹激光增益和产生太赫兹激光的条件，表明所研究的激光器在室温下可以工作在大于1THz的频率。
2009-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Temperature performance analysis of terahertz quantum cascade lasers: Vertical versus diagonal designs
采用系综蒙特卡罗方法，系统地比较了基于垂直和对角激光跃迁的共振声子减少太赫兹量子级联激光器。分析表明，对于低于200 K的工作温度，对角设计可以在约3.5 THz及以上的激光频率下提供优异的温度性能;然而，垂直结构在较低频率下更有利于良好的温度性能。
2011-06-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultra-compact injection terahertz laser using the resonant inter-layer radiative transitions in multi-graphene-layer structure
激光谐振腔的优化是设计高增益、低吸收损耗太赫兹半导体激光器的关键问题。在本文中，我们提出并优化了最近提出的太赫兹注入激光器基于隧道耦合石墨烯层之间的共振辐射跃迁的表面等离子体金属波导的几何形状。我们找到了对应于最大净模态增益的活性石墨烯层对的最佳数量。最大增益随频率的增加而增加，在8 THz处可以高达~ 500 cm-1，而激光谐振腔的阈值长度可以小至~ 50 mkm。我们的研究结果证实了在室温下工作的超紧凑电压可调石墨烯激光器的可能性。
2016-11-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Partially coherent electron transport in terahertz quantum cascade lasers based on a Markovian master equation for the density matrix
推导了适用于量子级联激光器的单电子密度矩阵的马尔可夫主方程。该方程保持了密度矩阵的正性，包括非对角元素（相干性）以及面内动力学，并考虑了电子与声子和杂质的散射。我们使用该模型来模拟太赫兹频率QCL，并通过非平衡格林函数（NEGF）与实验和模拟的结果进行比较。当QCL偏向最佳激光时，我们得到了与实验和NEGF非常好的一致性。对于所考虑的设备，我们表明，相干性的幅度可以是一个显着的分数的对角矩阵元素，这表明它们的重要性时，描述太赫兹QCL。我们表明，在平面内的能量分布可以偏离远离加热麦克斯韦分布，这表明简化的密度矩阵模型中的热化子带的假设是不够的。我们还表明，电流密度和子带职业放松对他们的稳态值在非常不同的时间尺度。
2016-04-04 cond-mat.mes-hall
Intense terahertz laser fields on a quantum dot with Rashba spin-orbit coupling
研究了强太赫兹激光场和自旋轨道耦合对量子点中单电子自旋的影响。激光场和自旋轨道耦合可以强烈地影响电子态密度，并可以激发磁矩。磁矩的方向取决于系统的对称性，其幅度可以通过激光场的强度和频率以及自旋轨道耦合来调节。
2006-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Monte Carlo study of carrier-light coupling in terahertz quantum cascade lasers
我们提出了一种自洽的方法，包括光学腔场的Monte Carlo为基础的载流子输运模拟。这种方法允许在量子级联激光器中的实际激射操作的分析，考虑到诸如增益饱和和纵模竞争的影响。对太赫兹量子级联激光器的模拟结果与实验结果一致。
2011-06-14 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
An extended density matrix model applied to silicon-based terahertz quantum cascade lasers
硅基太赫兹量子级联激光器（QCL）提供了优于现有III-V族器件的潜在优势。尽管已知相干电子输运效应在QCL中很重要，但在Si基器件设计中从未考虑过它们。我们描述了一个密度矩阵传输模型，该模型被设计成比以前的研究中的那些更一般，并需要较少的先验知识的电子能带结构，允许其使用在半自动化的设计程序。该模型的基础包括所有的状态，在周期间运输，我们的稳态解决方案扩展到超越的行波近似，包括DC和反向传播条款。我们模拟了束缚到连续Ge/SiGe QCL的潜在性能，发现具有4-5 nm厚势垒的器件具有最高的模拟光学增益。我们还研究了Ge和SiGe层之间的相互扩散的影响，我们表明，如果它是考虑到在设计中，相互扩散长度高达1.5 nm不会显着影响模拟器件的性能。
2012-06-01 cond-mat.mes-hall
Analysis of High Performing Terahertz Quantum Cascade Lasers
对基于双阱设计的太赫兹量子级联激光器进行了详细的模拟。我们重现观察到的最大工作温度和属性的退化与温度的寄生水平和热的寄生虫的占领。此外，我们证明了电流注入可以方便地研究使用EZ状态，结合能量选择性和空间定位。改进注入允许实现约265开尔文的更高的最大操作温度。
2022-10-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
A conjecture on a quantum limit of semiconductor lasers
给出了半导体激光器的最高工作温度与发射波长的关系。这一猜想得到了各种现有实验数据的支持，这些数据包括可见光和红外双异质结和量子阱激光器、量子级联激光器以及更深奥的器件，如基于II型锑化物的中红外和p-Ge以及基于杂质的太赫兹器件。发展的关系可能使最终性能的中红外和远红外，以及太赫兹半导体激光器被预测。
2004-08-27 cond-mat.mes-hall
Terahertz radiation generation by laser-resonant excitation of terahertz surface magnetoplasmons on a graphene-n-InSb semiconductor interface
本研究提出一种在平行外磁场下，利用斜入射p偏振激光与石墨烯-n-InSb界面作用，通过线性模式转换共振激发太赫兹表面磁等离激元的方法，其振幅可通过磁场、费米能等参数调谐，为主动可调等离激元器件开发提供新途径。
2025-03-17 cond-mat.mes-hall physics.optics physics.plasm-ph
Modeling bound-to-continuum terahertz quantum cascade lasers: The role of Coulomb interactions
基于系综蒙特卡罗分析，我们表明，库仑相互作用中起主导作用的束缚连续太赫兹量子级联激光器，因此需要仔细建模。库仑相互作用以空间电荷效应和库仑散射事件的形式进入我们的模拟。通过比较一个完整的多子带库仑屏蔽模型，我们表明，简化的方法产生相当大的偏差，这样的结构。电子-电子散射的自旋依赖性也必须充分考虑。此外，我们证明了迭代薛定谔-泊松和载流子输运模拟是必要的，以正确地考虑空间电荷效应。
2011-06-15 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Rectified diode response of a multimode quantum cascade laser integrated terahertz transceiver
研究了太赫兹量子级联激光器中二极管的直流输运响应随激光电流的变化规律。的整体响应被描述为平行的贡献，由于二极管I-V的非线性和热激活的运输从激光场的整流。当激光器从单模改变到多模操作时，二极管响应中的突然跳跃，在输出功率中没有相应的跳跃，表明二极管和激光场之间的耦合取决于内部场的空间分布。结果表明，内部激光场直接耦合到集成二极管。
2016-05-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Terahertz Spectroscopy of Semiconductor Microcavity Lasers I: Photon Lasers
半导体微腔可以表现出各种宏观量子现象，包括极化激元的玻色-爱因斯坦凝聚、极化激元的Bardeen-Cooper-Schrieffer（BCS）态和光子激光（具有可忽略的库仑激子效应的激光）。这些状态的可能的实验识别的一个重要方面是激发光谱中的间隙（在极化激元BCS状态的情况下的BCS间隙）。类似于极化激子BCS间隙，光致间隙可以存在于光子激光器中。虽然极化激元BCS状态已被观察到的基础上，在激光频率附近的光谱，使用光谱中心或周围的发射频率的光的极化激元BCS间隙的直接观察尚未实现。已经证实，低频（太赫兹）光谱学应该能够识别这种差距。在这两项研究的第一个，旨在确定光子激光器的线性太赫兹光谱的光致间隙的功能的理论开发和数值评估。结果表明，在带内电导率的光谱特征，因此在系统的透射率和吸收率可以与光诱导间隙。对于足够小的Drude阻尼，这包括太赫兹增益的光谱区域。未来的研究将概括目前的形式主义，包括库仑效应。
2021-08-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Electric-Field Ionization of Gallium Acceptors in Germanium Induced by Single-cycle Terahertz Pulses
利用太赫兹时域光谱技术研究了单周期太赫兹脉冲激励下锗中镓受体的电场电离。随着激发脉冲峰值电场的增大，以2.0和2.2 THz为中心的受主跃迁引起的明显的吸收减弱，同时吸收出现在较低的频率区域。这些行为清楚地表明，太赫兹脉冲电离中性受体。释放的空穴密度的电场依赖性是很好地再现的模型假设直接场辅助隧道的受体。
2013-04-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Terahertz quantum cascade lasers with thin resonant-phonon depopulation active regions and surface-plasmon waveguides
我们报道了三阱，共振声子减少太赫兹量子级联激光器与半绝缘表面等离子体波导和减少有源区（AR）的厚度。比较了厚度为10、7.5、6和5 μm的器件的阈值电流密度、最高工作温度、输出功率和AR温度。较薄的AR对外延生长的技术要求较低，并且导致器件的电加热减少。然而，发现7.5 μ m厚的器件在阈值处提供最低的电功率密度，因为它们代表了低电阻和低阈值增益之间的最佳权衡。
2013-03-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Ultrafast All Optical Magnetization Control for Broadband Terahertz Spin Wave Generation
利用飞秒激光脉冲对磁化强度进行全光操纵，可以按需产生太赫兹自旋波。本文提出了一个能量平衡模型，该模型解释了铁、钴、镍、钆和镍$_{2}$ MnSn Heusler合金五种不同磁性金属薄膜从激光脉冲到电子浴的耦合声子、自旋和磁化的能量转移率。基于金属磁性薄膜的居里温度（T $_{C}$），在金属磁性薄膜中出现两种类型的瞬态磁化动力学：I型（Fe、Co和Ni，T $_{C}$ >室温，RT）和II型薄膜（Gd和Ni $_{2}$ MnSn，T $_{C}$ $\approx$ RT）。研究了激光能量密度和脉冲宽度对单脉冲高斯激光的影响以及金属薄膜厚度对磁化动力学的影响。光谱动力学表明，宽带自旋波高达24太赫兹，可以产生全光操纵这些纳米薄膜的磁化。
2020-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Toward the creation of terahertz graphene injection laser
我们研究了室温和稍低温度下石墨烯p-i-n结构中与电子和空穴注入相关的粒子数反转效应。假设电子和空穴的复合和能量弛豫主要与光学声子辅助的带间和带内过程有关。计算了电子-空穴和光学声子的有效温度随外加电压的变化关系、电流-电压特性以及随频率变化的动态电导率。特别是，我们表明，在低和中等电压的注入可以导致显着的冷却的电子空穴等离子体在设备的i-部分的温度低于晶格温度。然而，在较高的电压下，电压依赖性可能是模糊的，表现出S形。结果表明，频率依赖的动态电导率可以是负的太赫兹范围内的频率在一定值的施加电压。电子-空穴等离子体冷却显著增强了负动态电导效应，促进了太赫兹激光的实现。另一方面，光学声子系统的加热也是影响室温下实现负动态电导和太赫兹激光的关键。
2011-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unveiling spectral purity and tunability of terahertz quantum cascade laser sources based on intra-cavity difference frequency generation
基于中红外量子级联激光器（THz DFG-QCL）腔内差频产生的太赫兹源最近成为第一个能够在1-6 THz范围内在室温（RT）下工作的单片电泵浦半导体源。尽管在功率输出方面取得了巨大的进步，在室温下脉冲功率超过1 mW，连续波功率超过10 μW，但对于这些器件用于高精度光谱学的主要优点，如光谱纯度和绝对频率可调谐性，仍然缺乏了解。在这里，通过利用包括太赫兹频率梳状合成器的超声波级系统，我们测量，第一次，自由运行的发射线宽（LW），调谐特性，以及这些源的各个发射线的绝对频率与不确定性为4 × 10-10。公开的发射LW（400 kHz，1 ms积分时间）表明DFG-QCL非常适合作为本机振荡器工作，并用于各种需要窄线宽THz源的电子测量，光谱，通信和成像应用。
2018-04-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Material configurations for n-type silicon-based terahertz quantum cascade lasers
硅基量子级联激光器（QCL）提供了将相干太赫兹辐射源与硅微电子集成的前景。理论研究已经提出了各种n型SiGe基异质结构作为设计候选者，但最佳材料配置仍然不清楚。在这项工作中，优化算法被用来设计等效的THz QCL在三个最近提出的配置[（001）Ge/GeSi，（001）Si/SiGe和（111）Si/SiGe]，发射频率为3和4 THz。的电子和光学性质的系统比较。半经典电子输运模拟被用来模拟载流子动力学，并计算峰值增益，相应的电流密度和最高工作温度。结果表明，（001）Ge/GeSi结构在两个发射频率下都具有最佳的模拟性能。
2011-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Narrowband Spintronic Terahertz Emitter based on Magnetoelastic Heterostructures
窄带太赫兹（THz）辐射是高分辨率光谱识别的关键，但飞秒（fs）激光驱动的窄带THz源仍然很少见。在这里，计算预测，金属/电介质/磁致弹性异质结构能够将fs激光脉冲转换为具有窄线宽的多周期THz脉冲，其线宽低至~1.5 GHz，这与现有fs激光激发发射器的单周期宽带THz脉冲形成对比。结果表明，当金属膜和磁弹性膜的厚度都在一定范围内时，飞秒激光辐照金属膜产生的短应变脉冲可以实现太赫兹自旋波在磁弹性膜中的激发和长距离输运.这些结果揭示了一种基于异质结构设计实现窄带THz脉冲光产生的途径，对THz磁振子器件的设计也具有一定的指导意义。
2021-10-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Simulation of Hot-Carrier Dynamics and Terahertz Emission in Laser-Excited Metallic Bilayers
金属双层结构已被证明可以发射强太赫兹（THz）脉冲。我们提出了一个预测的多尺度模式，模拟光诱导自旋电流的Fe/Pt异质结和发射的电场。电子效应的处理在纳米尺度上使用玻尔兹曼输运方程的动态平衡载流子，数值求解的粒子在细胞的代码。的光学效果进行了模拟与形式主义，桥梁的纳米尺度的结构的发射波的微米尺度。该方法有助于理解最近的实验结果的基础上的微观散射效应和运输现象。我们的理论的多功能性，使其能够很容易地适应于一个广泛的自旋电子太赫兹发射器设计。作为一个例子，我们展示了太赫兹产生效率，定义为输出输入功率比，可以提高和优化使用串联堆叠层结合太赫兹抗反射涂层。
2018-12-17 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Terahertz Generation and Amplification in Graphene Nanoribbons in Multi-frequency Electric Fields
本文从理论上研究了直流-交流驱动场作用下受限石墨烯中电子的多频响应。我们探索了利用石墨烯纳米带（GNRs）在无电场畴区产生和放大太赫兹（THz）辐射的可能性。我们发现两个主要的重要方案的产生;当频率是相称的，太赫兹产生是由于波混合和当它们是非相称的，一个单一的强场抑制空间电荷不稳定性和任何弱信号可以得到放大。石墨烯是半导体纳米电子器件的最佳替代品。
2012-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Terahertz Laser Combs in Graphene Field-Effect Transistors
电注入太赫兹（THz）辐射源由于其多功能性和小型化潜力而极具吸引力，为集成电路THz技术打开了大门。在这项工作中，我们表明，相干太赫兹频率梳范围内$0.5~\mathrm{THz}<ω/2π<10~\mathrm{THz}$可以产生利用石墨烯等离子体。我们的设置由具有非对称边界条件的石墨烯场效应晶体管组成，其辐射源自可以通过直流注入控制的等离子体不稳定性。我们提出了一个结合的解析和数值分析的石墨烯等离子体流体动力学，显示的不稳定性可以实验控制的施加的栅极电压和注入电流。我们的计算表明，所发射的太赫兹梳表现出可观的时间相干性（$g^{(1)}(τ)>0.6$）和辐射发射率（$10^{7}\,\mathrm{Wm^{-2}}$）。这使得我们的方案成为石墨烯基太赫兹激光源的有吸引力的候选者。此外，不稳定性放大的机制是先进的基板的情况下，具有不同的介电常数，这允许克服最终的限制与实验实施。
2019-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.plasm-ph
Terahertz frequency combs exploiting an on-chip solution processed graphene-quantum cascade laser coupled-cavity architecture
在太赫兹（THz）频率下设计具有超宽增益谱和群速度色散完全补偿的量子级联激光器（QCL）的能力是设计远红外单片和小型化光学频率梳合成器（FCS）的基本需求。在THz QCL四波混频中，由子带间增益介质的固有三阶极化率驱动，自锁相位中的光学模式，允许稳定的梳状操作，尽管在有限的动态范围内（约20%的激光器操作范围）。在这里，我们设计了小型化的THz FCS，其包括与紧密耦合的片上溶液处理的石墨烯可饱和吸收体反射器集成的异质THz QCL，即使在四波混频不再提供色散补偿时，该反射器也能保持激光模式之间的相位相干性。这使得高功率（8 mW）FCS具有超过90个光学模式，超过55%的激光器工作范围。此外，稳定的注入锁定显示，铺平了道路，影响一些关键的应用，包括高精度可调宽带光谱和量子计量学。
2020-11-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
