Passive and hybrid mode locking in multi-section terahertz quantum cascade lasers
在量子级联激光器中，由于载流子弛豫时间过快，被动锁模几乎是不可能的。在这里，我们重新审视这种可能性，并从理论上表明，稳定的锁模和脉冲持续时间在太赫兹（THz）频率的几个周期制度是可能的，在适当的工程绑定到连续QCL。我们实现这一点，利用一个多节腔的几何形状与交替的增益和吸收部分。关键成分是吸收剂与场和环境的非常强的耦合以及快速吸收剂载体恢复动力学。在这些条件下，即使增益弛豫时间比腔往返时间快几倍，产生几个周期的脉冲也是可行的。研究了三种不同的太赫兹量子级联激光器产生超短脉冲的方法，即被动锁模、混合锁模和碰撞锁模。
2017-11-27 physics.optics
An antipodal Vivaldi antenna for improved far-field properties and polarization manipulation of broadband terahertz quantum cascade lasers
提出了一种用于宽带太赫兹量子级联激光器和频率梳的对映Vivaldi天线。其指数曲线的耀斑轮廓导致绝热面内模式膨胀，产生具有（23°x19°）半峰全宽和倍频程跨越带宽的单瓣光束的改进的远场。天线还充当波延迟器，将极化从垂直极化旋转到水平极化，旋转角度取决于频率。激光器的发射光谱和电流-电压特性以及频率梳操作不受影响。测量结果与数值模拟吻合良好，所提出的天线覆盖了宽光谱范围（1.5-4.5 THz）。
2020-04-22 physics.optics
Frequency combs in optically-injected terahertz ring quantum cascade lasers
本研究针对太赫兹芯片级频率梳生成需求，利用DFB激光器光注入环形太赫兹QCL，通过调控注入光的功率与频率，从实验和理论上实现了环形腔中频率梳的可控生成，为紧凑型集成频率梳设计提供了新路径。
2023-08-26 physics.optics
Improved comb and dual-comb operation of terahertz quantum cascade lasers utilizing a symmetric thermal dissipation
在太赫兹波段，量子级联激光器（QCL）是实现频率梳和双梳运转的理想平台。一直以来，人们都非常需要改进梳子的性能。在这项工作中，通过采用对称的散热方案，我们报告了一种改进的频率梳和双梳操作的太赫兹QCL。冷手指的两种配置，即，分别研究了具有非对称和对称散热方案的A型和B型。采用有限元热分析方法研究了太赫兹量子化学激光器的热管理参数效应。模拟结果表明，与传统的非对称散热方案（A型）相比，对称散热方案（B型）可使激光器的热传导更加均匀，激光器有源区的最高温度更低。为了验证模拟，进一步进行实验，通过测量的激光性能和梳状特性的太赫兹QCL发射约4.2太赫兹安装在A型和B型冷指。实验结果表明，对称热耗散方法（B型）能有效改善太赫兹量子化学激光器的梳状和双梳状工作特性，可进一步广泛应用于光谱、成像和近场等领域.
2021-08-26 physics.optics
Terahertz multi-heterodyne spectroscopy using laser frequency combs
基于太赫兹量子级联激光器的频率梳在紧凑的封装中具有宽带覆盖和高输出功率，使其成为宽带光谱学的有吸引力的选择。在这里，我们展示了第一多外差光谱使用两个太赫兹量子级联激光梳。仅用100 $μ$ s的积分时间，我们就实现了超过60 dB的峰值信噪比和以2.8 THz为中心的大于250 GHz的频谱覆盖。即使使用室温探测器，我们也能够实现50 dB的峰值信噪比，并且作为原理证明，我们使用这些梳状结构来测量标准具样品的宽带透射谱。最后，我们表明，通过适当的信号处理，可以将多外差光谱扩展到以脉冲模式工作的量子级联激光梳，大大扩展了适用于这些技术的量子级联激光器的范围。
2016-04-04 physics.optics
Optomechanical response with nanometer resolution in the self-mixing signal of a terahertz quantum cascade laser
自混合干涉测量的有效性已经在电磁波谱中得到了证明，从可见光到微波频率，在大量的传感应用中，从距离测量到材料分析，显微镜和相干成像。由于其对光反馈的固有稳定性，量子级联激光器（QCL）代表了一种提供独特和通用特性的光源，以进一步改善中红外和太赫兹（THz）频率下的自混合功能。在这里，我们展示了纳米精度检测的可行性深亚波长（< λ/6000）的机械振动的悬浮氮化硅膜用作外部元件的THz QCL反馈干涉仪。除了代表一个平台的表征小位移，我们的自混合配置可以利用实现的光学机械系统，其中几个激光源可以连接在一起，通过一个共同的机械微谐振器驱动的辐射压力。
2019-06-20 physics.optics
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
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
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
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
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
Direct observation of terahertz frequency comb generationin difference-frequency quantum cascade lasers
太赫兹量子级联激光源是基于中红外器件腔内差频产生的，是目前唯一一种不需要庞大而昂贵的液氦冷却而能在0.6-6 THz范围内工作的电泵浦器件，是旋转分子光谱学和传感应用的重要资产。本文介绍了用波长为6.5 μm的分布反馈激光器和波长为6.9 μm左右的法布里-珀罗器件进行腔内混频实现的梳状运转。在78 K下，获得了1.8 ~ 3.3THz的超宽带THz辐射，总输出功率为8 μW.利用近红外脉冲光整流技术，采用基频参考THz梳状结构对THz辐射进行了多外差探测.下转换的节拍，同时获得，确认一个相等的间隔太赫兹发射低至1 MHz的精度。在未来，这种设置可以用于基于傅立叶变换的相位关系之间的发射太赫兹模式的评估，铺平了道路，室温，紧凑和现场部署的高等级太赫兹频率梳。
2021-03-17 physics.optics
Pulse Sequences for Efficient Multi-Cycle Terahertz Generation in Periodically Poled Lithium Niobate
提出了利用激光脉冲序列驱动低温冷却的周期性极化极化锂离子电池中的高能量、高峰值功率和多周期太赫兹脉冲的级联差频产生。考虑太赫兹波与光波的耦合非线性相互作用的详细模拟表明，在几百皮秒的太赫兹脉冲宽度下，可以实现前所未有的光-太赫兹能量转换效率> 5%，峰值电场达到几百兆伏/米。所提出的方法，以规避激光诱导的损伤，在焦耳级泵浦1 $μ$ m激光器，使多周期太赫兹源的脉冲能量>> 10毫焦耳。提出并分析了各种脉冲序列格式。介绍了考虑级联差频产生、自相位调制、级联二次谐波产生和激光损伤的周期极化结构的数值计算。前所未有的研究物理太赫兹产生在这种高转换效率的制度，限制和实际考虑进行了讨论。沿晶体长度改变极化周期和进一步减少吸收被示出导致甚至更高的能量转换效率>> 10%。一个有效的任意脉冲格式和重要情况下的封闭形式的表达式的解析公式。优化转换效率在0.1-1太赫兹范围内，相应的峰值电场，晶体长度和太赫兹脉冲特性的参数提供。
2016-06-16 physics.optics
Y coupled terahertz quantum cascade lasers
在这里，我们演示了Y耦合太赫兹（THz）量子级联激光（QCL）系统。这两个工作在2.85THz附近的THz QCL由独立的电脉冲发生器驱动。发现双臂同步驱动的Y系统的总峰值THz输出功率大于各个臂峰值功率的线性和; 10.4 mW与9.6 mW（4.7 mW + 4.9 mW）相比。此外，我们证明，这种耦合系统的发射光谱显着不同的任何一个臂单独的，或他们的个人光谱的线性组合。
2012-06-05 cond-mat.other physics.optics
Enhanced TM-Mode 3D Coupled Wave Theory for Photonic Crystal Surface-Emitting Terahertz Quantum Cascade Lasers
RIKEN Center for Advanced Photonics（理化学研究所先进光子学中心）；Tohoku University（东北大学）
本文提出一种增强的三维耦合波理论，用于高效模拟光子晶体表面发射太赫兹量子级跃迁激光器，提升计算精度并减少资源消耗。
2025-03-25 physics.optics
Intensity autocorrelation measurements of quantum cascade laser frequency combs in the Terahertz range
报道了利用强度自相关法首次直接测量量子级联激光器频率梳的发射特性。相关技术是基于快速电光采样，带宽优化，以匹配的梳状激光器的发射光谱，中心约2.5太赫兹。我们发现输出光是振幅和频率调制的同时，与强度调制深度高达90%，发生在几个皮秒的时间尺度短。我们将这些发现与来自光导天线的脉冲太赫兹光的强度自相关测量进行比较，并发现非常不同的结果。我们没有观察到梳状和分散制度的显着差异。该技术在未来量子级联激光器超短脉冲的测量中具有重要意义。
2017-02-10 physics.ins-det physics.optics
Quantum cascade laser-pumped terahertz molecular lasers: frequency noise and phase-locking using a 1560nm frequency comb
最近演示的太赫兹（THz）分子气体激光器泵浦的中红外量子级联激光器（QCL）开辟了新的前景，这个家庭的来源，传统上依赖于CO2激光泵浦。QCL泵浦的太赫兹分子激光器的光谱纯度是一个尚未解决的问题。事实上，评估它们的频率/相位噪声对于可能将这些源用作本地振荡器的许多应用至关重要。本文通过测量10.3μ m波长QCL泵浦的1.1THz连续波1 mW太赫兹激光器的频率噪声功率谱密度（PSD）来解决这一问题。这是通过用1560 nm频率梳的重复频率的第1080次谐波拍频ML频率来实现的。我们发现，在100 kHz处，来自载波的频率噪声PSD <10 Hz ~ 2/Hz（-95dBc/Hz）。为了证明泵浦激光的稳定性对太赫兹辐射光谱纯度的影响，我们还测量了CO2激光泵浦的2.5THz ML的频率噪声PSD，在距离载波40 kHz处达到0.1Hz 2/Hz（-105dBc/Hz），受到频率梳谐波的频率噪声的限制。最后，我们表明，它是可能的主动相位锁定QCL泵浦的分子激光器的频率梳状重复率谐波通过控制QCL电流，演示了亚Hz线宽。
2019-11-15 physics.optics
Homogeneous quantum cascade lasers operating as Terahertz frequency combs over their entire operational regime
我们报道了一个均匀的量子级联激光器（QCL）在太赫兹（THz）频率发射，与约0.6 THz的总光谱发射集中在3.3 THz，电流密度动态范围为Jdr=1.53，和连续波输出功率为7 mW。模间拍音的分析揭示，设计的激光器作为光学频率梳（FC）合成器在整个激光器的操作制度，多达36个光学有源激光模式提供约200 uW的光功率每梳齿，功率水平尚未达到任何太赫兹QCL FC。在240 A/cm 2的电流密度范围内，甚至在负微分电阻区，观察到稳定和窄的单拍音，达到500 Hz的最小线宽。我们进一步证明，QCL频率梳可以注入锁定与适度的RF功率在模间拍音频率，覆盖锁定范围为1.2 MHz。在QCL中，在整个电流密度动态范围内，并且没有任何外部色散补偿机制的稳定FC操作的演示，使得我们提出的同质THz QCL成为需要跳模电可调谐性和严格控制频率和相位抖动的MEMS应用的理想工具。
2021-04-02 physics.optics
Monte Carlo Modeling of Terahertz Quantum Cascade Detectors
我们展示了一个强大的和严格的模拟光伏量子级联探测器（QCD）在中红外（中红外）和太赫兹（THz）范围内的Encavity蒙特卡罗（EMC）建模方法。将现有的量子级联激光器（QCL）电磁兼容（EMC）模拟工具扩展到零偏压下热平衡条件下QCD中的光伏输运效应。在这里，我们提出的电磁兼容性研究的太赫兹探测器设计的检测波长为84 $μ$ m的结果。模拟结果与实验数据吻合较好。在10 K温度下，我们得到了9.4 mA/W的峰值响应率。
2020-04-07 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
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
Sculpting harmonic comb states in terahertz quantum cascade lasers by controlled engineering
针对太赫兹量子级联激光器中特定阶次谐波频率梳可控生成的难题，提出通过在双金属法布里-珀罗QCL顶面刻蚀等间距缺陷的策略，实现了预设阶次的宽带谐波梳发射，创下单模光功率约270μW的纪录。
2023-11-06 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
Real-time multimode dynamics of terahertz quantum cascade lasers via intracavity self-detection: observation of self mode-locked population pulsations
太赫兹（THz）量子级联激光器（QCL）的锁模操作和多模不稳定性在过去十年中得到了广泛的研究。由于这些激光器的独特性质，特别是它们的超快增益介质，这些研究揭示了丰富的现象学。由于这一点，在QCL中，腔内场强度的调制引起粒子数反转的强烈调制，直接影响激光电流。在这项工作中，我们表明，这种属性可以用来研究多模太赫兹QCL的实时动态，使用自检测技术结合60 GHz的实时示波器。为了证明这种技术的潜力，我们研究了自由运行的4.2THz QCL，并观察到激光电流的自启动周期性调制，产生规则间隔的，~ 100 ps长的脉冲序列。取决于驱动电流，我们发现两个制度的振荡具有显着不同的属性：第一制度的基本重复率，其特征在于大幅度和相位噪声，具有几十个周期的相干时间;一个更有规律的二次谐波梳状制度，具有典型的相干时间约105个振荡周期。我们解释这些测量使用一组有效的半导体麦克斯韦-布洛赫方程，定性地再现激光动力学的基本特征，表明所观察到的载流子密度和光脉冲是反相的，并出现作为一个相当浅的调制顶部的连续波背景。由于其简单性和多功能性，演示的技术是一个强大的工具，在太赫兹QCL超快动力学的研究。
2021-09-24 physics.optics
Rapid Sensing of Hidden Objects and Defects using a Single-Pixel Diffractive Terahertz Processor
本文提出一种基于深度学习优化的单像素衍射太赫兹处理器，无需扫描或成像即可全光学快速检测材料内部隐藏缺陷，并成功通过太赫兹时域光谱装置验证了其可行性。
2023-03-17 physics.app-ph physics.optics
Phosphides-based terahertz quantum-cascade laser
本研究提出基于GaInP/AlGaInP异质结构的太赫兹量子级联激光器，在6.8 THz下实现超过90 cm-1的模式增益和104 K的最大工作温度，填补了现有QCL在GaAs声子吸收带区域的空白。
2023-10-16 physics.app-ph physics.optics
Broadband Terahertz Quantum Cascade Laser Dual-Comb Sources with Off-Resonant Microwave Injection
宽带双梳光谱技术因其在光谱分辨率高、探测速度快等方面的独特优势而受到越来越多的关注，虽然双梳技术在红外波段已经相对成熟，但由于缺乏高性能的宽带太赫兹双梳光源，目前在太赫兹波段还没有商业化的实际应用。在太赫兹波段，电泵浦量子级联激光器（QCL）是双梳运转的理想选择。然而，自由运行的太赫兹QCL双梳源通常显示有限的光学带宽（$\sim$ 100-200 GHz）。谐振微波注入锁定技术通过在谐振腔往返频率处调制激光器驱动电流来展宽太赫兹准分子激光器的发射光谱，但由于谐振注入和非理想微波电路引起的较大相位噪声，使得该技术很难用于展宽双梳带宽。因此，获得能够充分利用激光增益带宽的宽带太赫兹双梳光源具有挑战性。在这里，我们采用了非谐振微波注入显着拓宽双梳带宽的太赫兹QCL双梳源发射约4.2太赫兹。在非谐振注入下，测量的光学双梳带宽从自由运行时的147 GHz展宽到$>$ 450 GHz。通过对滤波器和GaAs标准具的透射率测量，从实验上证明了双梳带宽的展宽。通过基于速率方程模型的简单数值分析，我们解释了在非谐振微波注入条件下，宽带双梳的工作是由于较宽的激射带宽和较高的相位匹配度。
2022-06-21 physics.app-ph physics.optics
Time- and frequency-resolved dynamics of resonant two-photon terahertz quantum cascade lasers
本文通过数值求解耦合Maxwell-Bloch方程，研究共振双光子太赫兹量子级联激光器的时间与频率分辨动力学，发现其输出更强、光谱更宽、模式更多，并在较低泵浦电流下出现RNGH不稳定性及高电流下的Rabi分裂。
2025-03-10 physics.optics quant-ph
Bosonic Cascade Laser
基于半导体微腔中玻色子准粒子（激子和激子-极化激元）在抛物势阱中的跃迁，提出了量子级联激光器的概念。由于激子跃迁的玻色子刺激，该激光器将发射太赫兹辐射。玻色子级联激光器的动力学与传统的费米子级联激光器的动力学有很大的不同。我们表明，人口的激子梯宇称依赖和量子化，如果没有外部太赫兹腔的激光器操作。
2012-05-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Design of two-dimensional photonic crystal defect states for quantum cascade laser resonators
基于导带电子跃迁的当前量子级联激光器主要是TM（垂直于外延方向的电场）极化的。在这里，我们提出了一个本地化的缺陷模式的研究，与必要的TM偏振，在连接的正方形和六边形晶格的二维（2D）光子晶体的应用作为量子级联激光谐振器。一个简单的基于群论的分析是用来产生一个近似的描述，位于不同的高对称点内的主机光子晶格的缺陷所支持的谐振模式。这种分析的结果进行了比较，与二维时域有限差分（FDTD）模拟，显示出两个分析之间的密切对应关系，并考虑在量子级联激光器设计的分析的潜在应用。
2004-10-11 physics.optics
6.2-GHz modulated terahertz light detection using fast terahertz quantum well photodetectors
太赫兹辐射的快速探测对于快速成像、高速通信和光谱学等应用具有重要意义。能够灵敏地响应太赫兹辐射的大多数商业产品是热探测器，即，热释电传感器和辐射热测量计。这类太赫兹探测器通常以低调制频率（几十或几百Hz）为特征。在这里，我们展示了第一个快速晶闸管为基础的太赫兹量子阱光电探测器，通过仔细设计的器件结构和微波传输线的高频信号提取。获得了千兆赫量级的调制响应带宽。作为一个例子，使用快速太赫兹量子阱光电探测器成功地检测了从法布里-珀罗太赫兹量子级联激光器发射的6.2-GHz调制太赫兹光。除了快速探测太赫兹波外，本文提出的技术还有助于太赫兹量子级联激光器的频率稳定性或相位噪声特性。
2017-05-09 physics.ins-det physics.optics
Transient Chirp Dynamics in Terahertz Quantum Cascade Lasers
National Key Laboratory of Materials for Integrated Circuits and Key Laboratory of Terahertz Solid State Technology, Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海微系统信息技术研究所）；Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学材料科学与光电技术研究中心）；Chongqing Key Laboratory of Precision Optics Chongqing Institute of East China Normal University（华东师范大学重庆研究院）
本文通过片上外差方案实验研究单模太赫兹量子级联激光器的瞬态热啁啾动力学，识别三种啁啾特征并建立双节点热模型，相关发现支撑太赫兹频率梳等应用。
2026-08-17 physics.optics
Multi-mode Dynamics of Terahertz Quantum Cascade Lasers: spontaneous and actively induced generation of dense and harmonic coherent regimes
我们提出了一个扩展的研究有关量子级联激光器（QCLs）在法布里-珀罗（FP）配置在太赫兹（THz）光谱区发射的密集和谐波相干制度的动力学。首先，我们研究了该器件在自由运行时的工作情况，再现了该光谱范围内自产生的光学频率梳（OFC）和谐波频率梳（HFC）的主要特征，评论了与中红外区域的差异点，并找到了与最新实验证据的极好的一致性。然后，我们分析了射频（RF）注入下的太赫兹QCL动力学，重点是对系统的锁定度的电流调制的效果，我们进行了系统的调查，旨在提供一个程序的产生训练的脉冲具有短的持续时间和高对比度。此外，我们将我们的研究扩展到产生重复频率为激光腔自由光谱范围（FSR）的倍数的脉冲序列，再现激光器的谐波锁模（HML），这是最近在太赫兹QCL实验中证明的一种方法，其结果对于从光通信到成像的大量应用是特别有前途的。
2022-08-26 physics.app-ph physics.optics
Reversible Mode Switching in Y coupled Terahertz Lasers
电独立的太赫兹量子级联激光器（QCL）以Y配置光学耦合。双频，电子可切换的发射是在一个QCL使用非周期性光栅，使用计算机生成的全息图技术设计，直接纳入QCL波导通过聚焦离子束铣削。2.9 THz附近的多模发射被抑制，而是在2.88和2.92 THz的可切换光栅选择频率下发生激光发射。这种光子控制和切换行为经由倏逝模耦合被选择性地且可逆地转移到第二未修改的QCL，而不转移固有的光栅损耗。
2013-03-07 physics.optics
Tunable optical bistability in grapheme Tamm plasmon/Bragg reflector hybrid structure at terahertz frequencies
提出了一种由石墨烯、Tamm等离子体激元和带缺陷层的布拉格反射器组成的复合多层结构，实现了太赫兹波段的低阈值可调谐光学双稳。这种低阈值的光学相干性起源于Tamm等离子体激元（TP）和缺陷模（DM）的耦合。我们讨论了石墨烯和DM对TM偏振反射光的滞后响应的影响。研究发现，由于TP和DM的激发，观察光致伸缩行为所需的开关上升和开关下降阈值显著降低。此外，通过耦合TP和DM可以进一步降低开关阈值。我们相信，这些结果将为实现低阈值、可调谐的光开关器件和其他非线性光学器件提供一条新的途径。
2022-03-07 physics.optics
Regenerative Terahertz Quantum Detectors
本文证明量子级联激光器可作为谐振放大太赫兹探测器，在4.7 THz实现50 V/W响应率、100 pW/sqrt(Hz)噪声等效功率及大于20 GHz电带宽，可探测太赫兹频率梳拍频信号。
2021-06-24 physics.ins-det physics.optics
Coexisting frequency combs spaced by an octave in a monolithic quantum cascade laser
量子级联激光器被证明是有助于在中红外和太赫兹频率的紧凑型频率梳源的发展。在这里，我们展示了异质太赫兹量子级联激光器的两个有源区正好间隔一个倍频程。两个有源区均基于四量子阱激光器设计，它们在脉冲模式下在15 K下发射组合的3 mW峰值功率。两个中心频率分别为2.3 THz（带宽300 GHz）和4.6 THz（带宽270 GHz）。该结构的设计方式，允许同时操作的两个有源区的梳状制度，作为一个双梳状源，以及所有的波导内部自参考技术的测试台架结构。窄RF拍音（$\sim$ 15 kHz）被记录，示出了两个梳的同时操作，其自由运行的相干特性通过拍音光谱学被研究，所述拍音光谱学利用外部检测器和经由自混合来执行。仅依赖于增益带宽工程的高色散区域（4.6~THz）中的梳状操作显示了使用紧凑梳状源的宽光谱覆盖的潜力。
2018-10-24 physics.optics
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
Influence of oxygen-defects on intraband terahertz conductivity of carbon nanotubes
本研究探讨了氧等离子体处理引入的缺陷对单壁碳纳米管太赫兹带内电导率的影响，发现缺陷会降低电导率并减缓载流子迁移，通过修正Drude模型揭示了缺陷对载流子动力学的作用，为太赫兹器件的多级工程定制提供了潜力。
2025-07-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Symmetry Control in Coupled Quantum Cascade Ring Lasers
Photonics Institute, TU Wien（光子学研究所，维也纳工业大学）；Centre for Micro- and Nanostructures, TU Wien（微纳结构中心，维也纳工业大学）；Institute of Solid-State Electronics, TU Wien（固态电子学研究所，维也纳工业大学）；Department of Electrical Engineering and Information Technology, TU Darmstadt（电气与信息技术系，达姆施塔特工业大学）
本文提出通过电学控制耦合环形量子级联激光器的增益比来操控超模对称性，实现太赫兹频率梳的快速调谐和光谱调制，并降低色散以拓宽锁定范围。
2026-10-06 physics.optics
Thermoelectrically cooled THz quantum cascade laser operating up to 210 K
我们提出了一个\MF{terahertz}量子级联激光器工作在热电制冷器高达210.5 K的创纪录的高温。有源区的设计是基于只有两个量子阱，并实现高温操作由于系统的优化，通过非平衡格林函数模型。激光光谱用室温检测器测量，使整个装置不受低温影响。在低温（$ \sim 40 K）下，测得最大输出功率为200 mW.
2019-11-15 physics.optics
Backscattering-Induced Dissipative Solitons in Ring Quantum Cascade Lasers
本研究针对环形量子级联激光器的孤子稳定机制，采用自洽Maxwell-Bloch模型，证实分布背散射引发的反向波微小有限耦合是孤子稳定的核心，且与实验数据高度一致，为中红外、太赫兹集成光谱仪发展提供支撑。
2024-01-26 physics.optics
Ultra-broadband quantum cascade laser operating from 1.88 to 3.82 THz
报道了一种基于太赫兹量子级联激光器的异质有源区设计。相对于以前的设计，动态范围、频谱带宽以及输出功率都有了显著的提高。当单独操作时，激光器充当高达1.1 THz的光谱带宽的频率梳，而在分散状态下，可以在3 THz的中心频率下达到高达1.94 THz的带宽。一个自我检测的双梳设置已被用来验证频率梳性质的激光器。
2016-12-23 physics.optics
High dynamic range, heterogeneous, terahertz quantum cascade lasers featuring thermally-tunable frequency comb operation over a broad current range
我们报告工程的宽带量子级联激光器（QCL）发射太赫兹（THz）的频率，它利用异质有源区计划，并有一个电流密度动态范围（JDR）为3.2，显着大于最先进的，超过1.3太赫兹带宽。我们证明了所设计的宽带激光器作为太赫兹光学频率梳合成器工作在连续波，最大光输出功率为4 mW（0.73 mW的梳状制度）。模间拍音图的测量揭示了在连续106 mA电流范围内延伸的清晰的色散补偿频率梳状区（电流密度动态范围为1.24），显著大于在类似几何形状下报道的现有技术，相应的发射带宽为1.05 THz，检测到稳定且窄（4.15 KHz）的拍音，信噪比为34 dB。对电和热节拍调谐的分析表明，电流调谐系数范围在5 MHz/mA和2.1 MHz/mA之间，温度调谐系数为-4 MHz/K。通过温度和电流在整个动态范围内调谐THz QCL梳的能力为它们作为强大的光谱工具的使用铺平了道路，这些光谱工具可以提供宽频率覆盖范围和高精度光谱精度。
2019-01-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Induced transparency by coupling of Tamm and defect states in tunable terahertz plasmonic crystals
光子晶体和超材料已经成为两类可定制的材料，能够精确控制光。等离子体激元晶体可以被认为是由等离子体激元材料制造的光子晶体，其布拉格散射来自重复单元格的入射电磁波。然而，等离子体激元晶体，像超材料，是由亚波长单位单元。在这里，我们研究了二维电子气中几个周期的太赫兹等离子体晶体。这种等离子体介质是极端亚波长（$\approx λ/100$）的，并且通过向金属电极施加电压而可重构。观察到被称为Tamm态的弱局域晶体表面态。通过引入一个独立控制的等离子体缺陷，与Tamm状态相互作用，我们证明了频率捷变的电磁感应透明现象。所观察到的等离子体晶体带边缘的50% ${\it in-situ}$调谐应该在诸如石墨烯的材料中可实现，以主动控制等离子体晶体在红外中的分散。
2016-05-10 cond-mat.mes-hall physics.optics physics.plasm-ph
Density matrix Monte Carlo modeling of quantum cascade lasers
通过引入密度矩阵的元素，将载流子输运的半经典系综Monte Carlo方法扩展到非相干隧穿，这在量子级联激光器中起着重要作用.特别是，这种效应主导了电子输运穿过厚注入势垒，这是经常使用的太赫兹QCL设计。实现了量子力学退相的自洽模型，消除了对经验模拟参数的需要。我们的建模方法进行了验证，对不同类型的太赫兹QCL设计的实验数据。
2017-11-16 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
Highly efficient narrowband terahertz generation driven by a two-spectral-line laser in PPLN
我们展示了记录转换效率高达0.9%的窄带（1%的相对带宽）太赫兹产生强级联差频产生。这些结果是使用一种新型的激光源，定制的高效率，具有两个窄的谱线的可变分离和脉冲持续时间（250 ps）。研究了不同极化周期的5%MgO掺杂PPLN晶体在低温和室温下以及不同晶体长度下的THz产生。这项工作解决了对高场THz脉冲的日益增长的需求，到目前为止，这在很大程度上受到低的光到THz转换效率的限制。
2021-11-11 physics.optics
Chip-scale terahertz frequency combs through integrated intersubband polariton bleaching
量子级联激光器（QCL）代表了量子工程的一项令人着迷的成就，它可以从电偏置的半导体异质结构中直接产生太赫兹（THz）频率的辐射。它们的大光谱带宽、高输出功率和量子限制线宽使得通过腔内四波混频实现主动锁模和被动产生光学频率梳（FCs）的THz脉冲的实现变得容易，但操作条件受到限制。在这里，我们设想了一个集成的架构，用于产生高功率（10 mW）太赫兹FC包括超快太赫兹极化激元反射器，利用子带间腔极化激元，和宽带（2.3-3.8太赫兹）异质太赫兹QCL。量子级联激光器（QCL）代表了量子工程的一项令人着迷的成就，它可以从电偏置的半导体异质结构中直接产生太赫兹（THz）频率的辐射。通过调整群延迟色散在一个完整的几何形状，通过利用光诱导漂白的子带间的太赫兹极化激元，我们展示了光谱整形的QCL发射和稳定的FC操作的操作动态范围高达38%，其特征在于一个单一的和狭窄的（下至700 Hz）的模间拍音。我们的概念为基于超快极化激元动力学的新一代紧凑型，高性价比，电驱动芯片级FC源提供了设计指南，为产生锁模THz微激光器铺平了道路，这将对超快科学，数据存储，高速通信和光谱学的广泛应用产生重大影响。
2021-05-17 physics.optics
3D-printed Terahertz Photonic Bandgap Waveguide-based Fluidic Sensor
研究了一种工作在THz波段的基于布拉格波导的谐振式流体传感器。采用熔融沉积建模3D打印技术来制造传感器，其中液体分析物在集成到波导包层中的微流体通道中流动。分析物的折射率相关的谐振缺陷状态支持的流体通道的探测通过跟踪所产生的吸收下降和波导传输光谱上的芯引导模式的相位变化。所提出的流体传感器可以在应用化学和生物传感中打开新的机会，因为它提供了一种用于监测流动液体中的折射率变化的非接触式测量技术。
2019-06-16 physics.optics
Optical feedback induced irregular and chaotic dynamics in terahertz quantum cascade laser combs
本研究通过光学反馈在太赫兹量子级联激光器中诱导出不规则和混沌动力学，揭示了频率梳从稳定到混沌的转变机制及影响因素。
2025-12-03 nlin.CD physics.optics
Maximizing performance of quantum cascade laser-pumped molecular lasers
量子级联激光器（QCL）泵浦的分子激光器（QPMLs）是一种新型的高功率（>1 mW）、可调谐（>1 THz）、窄带（<10 kHz）连续太赫兹辐射源。这些激光器的性能主要取决于分子碰撞物理学、泵浦饱和和激光腔的设计。利用一个有效的三能级模型，捕捉了QPML气体一氧化二氮（N2 O）的基本碰撞和饱和行为，我们探讨了阈值泵浦功率和输出太赫兹功率如何依赖于泵浦功率，气体压力，以及直径，长度，和输出-分析表明，最大功率发生在泵浦饱和最小化时，其方式取决于对压力的敏感性大于对细胞直径、长度或透明度的敏感性。一个接近最佳的紧凑型激光腔可以产生超过10 mW的功率可调超过1太赫兹的频率时，泵浦的多瓦QCL。
2021-06-13 physics.app-ph physics.optics
Far-infrared quantum cascade lasers operating in AlAs phonon Reststrahlen band
我们报告的操作的双金属波导远红外量子级联激光器发射在28 $μ$ m，对应于AlAs类声子Reststrahlen带。为了避免被类AlAs光学声子吸收，在基于结合到连续体的有源区中使用无Al的V族合金GaAs $_{0.51}$ Sb $_{0.49}$作为阻挡层。激光发生在28.3 $μ$ m的波长处，这是从中红外到远红外操作的量子级联激光器中最长的波长。在50 K时阈值电流密度为5.5 kA/cm $^{2}$，最高工作温度为175 K。通过选择合适的III-V族材料，讨论了工作波长覆盖中红外和太赫兹波段的可行性。
2016-09-26 physics.optics
Terahertz hyperspectral imaging with dual chip-scale combs
高光谱成像是一种允许创建多色图像的技术。在太赫兹波长下，它已成为许多应用的重要工具，从非电离癌症诊断和药物表征到非破坏性人工制品测试。当代太赫兹成像系统通常依赖于基于光纤的近红外飞秒激光器的非线性光学下转换，需要复杂的光学系统。在这里，我们展示了基于太赫兹量子级联激光器的芯片级频率梳的高光谱成像。双梳是自由运行的，并发出相干太赫兹辐射，覆盖220 GHz的带宽在3.4太赫兹，每线约10 μW。双梳光谱的快速采集速率与梳的单片设计、可扩展性和芯片级尺寸的组合对于生物医学和制药工业中的未来成像应用具有高度吸引力。
2018-12-09 physics.app-ph physics.optics
Terahertz plasmonic laser radiating in an ultra-narrow beam
等离子体激元激光器（spasers）产生相干表面等离子体激元（SPP），并且可以在金属腔中以亚波长尺寸实现，以用于纳米光学。等离子体腔也用于太赫兹量子级联激光器（QCL），这是最亮的固态太赫兹辐射源。对于spasers来说，一个长期存在的挑战是它们与远场辐射的耦合差。与可以产生定向光束的传统激光器不同，spasers由于其亚波长孔径而具有高度发散的辐射图案。在这里，我们从理论上和实验上证明了一种新的技术，用于实现分布反馈（DFB），这是不同于任何其他以前使用的DFB方案的半导体激光器。所谓的天线反馈方案导致等离子体激元激光器中的单模操作，将谐振SPP模式耦合到高度定向的远场辐射图案，并且将周围介质中的混合SPP集成到DFB激光器的操作中。在实验上，采用天线反馈方法，不需要相位匹配到一个定义明确的有效折射率，实现了单模太赫兹量子化学激光器，其光束发散角小至4 × 4度，这是迄今为止报道的任何太赫兹量子化学激光器的最大光束。此外，与传统光子带边激光器中周期性为半波长整数倍的辐射场可忽略不计的情况相比，天线反馈首次突破了这一整数倍限制，增强了激光模式的辐射场。天线反馈方案通常适用于具有法布里-珀罗腔的任何等离子体激光器，而不管其工作波长如何，并且可以使等离子体激光器更接近实际应用。
2016-07-24 physics.optics
Short period InGaAs/AlInAs THz quantum cascade laser in thin double metal cavities operating up to 188K
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院）
基于InGaAs/AlInAs材料系统，研发出能在188K高温下工作的短周期THz量子级联激光，通过双金属谐振腔实现高增益与低功耗的激光输出。
2026-02-16 physics.optics
