Active mode locking of quantum cascade lasers operating in external ring cavity
由锁模激光器产生的稳定的超短光脉冲和频率梳具有许多重要的应用，包括高分辨率光谱学、快速化学检测和识别、超快过程研究和激光计量学。虽然在可见光和近红外范围内发射的紧凑型锁模激光器已经彻底改变了光子技术，但在大多数气体具有强吸收线的中红外范围内操作的系统体积庞大且昂贵，并且依赖于非线性下变频。量子级联激光器是中红外范围内最强大和通用的紧凑型光源，尽管付出了巨大的努力，但实现其锁模操作仍然是一个挑战。在这里，我们报告的第一个演示外腔量子级联激光器主动锁模。该激光器在室温下工作在锁模状态，并且在标准商用激光器芯片的注入电流的全动态范围内工作。
2015-10-29 physics.optics
Raman Laser Switching Induced by Cascaded Light Scattering
我们发现，在多模拉曼激光器中，级联光散射（CLS）不仅扩展了光学频率范围，而且还可以调制激光动力学。这种现象的起源是基于这样的事实，即许多拉曼激光模式直接相关通过CLS。耦合模方程仅描述单模级联拉曼激光器，不足以描述多模情况。在这项工作中，我们引入额外的条款来解释模式间的相互作用，从而揭示模式切换现象背后的物理机制。此外，模式切换控制单独由一个单一的模式泵回音壁模式（WGM）的石英拉曼激光器被证明。随着腔内泵浦功率的增加，同一模族中两个相邻的WGM之间发生激光开关。
2019-09-15 physics.optics
Intrinsic linewidth of quantum cascade laser frequency combs
研究了自由运转量子级联激光频率梳的频率噪声功率谱密度。在高频率下观察到一个平台，归因于由所有梳线上的总激光功率的Schawlow-Townes公式设定的量子噪声极限。在我们的实验中，测得的线宽为292 Hz的总功率为25 mW。这一结果证明，四波混频过程，负责梳状操作，有效地相关的量子噪声的个人梳线。
2015-06-20 physics.optics
Efficient Dielectric Metasurface Collimating Lenses for Mid-Infrared Quantum Cascade Lasers
从单模半导体激光器发射的光通常具有大的发散角，并且需要高数值孔径透镜用于光束准直。可见光和近红外激光器使用非球面玻璃或塑料透镜准直，然而中红外量子级联激光器的准直通常需要由锗、硫属化合物或其他红外透明材料制成的更昂贵的非球面透镜。在这里，我们报告中红外介质超颖表面平面透镜，有效地准直单模量子级联激光器的输出光束。超颖表面透镜由平坦蓝宝石衬底上的非晶硅柱组成，并且可以使用单步常规UV二元光刻以低成本制造。采用数值孔径为0.86、透射效率为79%的偏振不敏感超表面透镜对4.8 $μ$ m分布反馈量子级联激光器的中红外辐射进行准直。准直光束具有0.36 $^\circ$的半发散角和$M^2$ =1.02的光束品质因数。
2015-11-25 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
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
Gain dynamics in a heterogeneous terahertz quantum cascade laser
采用太赫兹泵浦、太赫兹探测光谱技术研究了异质有源区太赫兹量子级联激光器的增益恢复时间。研究的有源区，这是基于一个绑定到连续光跃迁与光学声子辅助提取，表现出增益恢复时间的范围内的34 $\,$ - $\,$ 50 $\,$ ps依赖于激光器的操作条件。激光泵浦越强，恢复时间越短，而恢复动力学随着工作温度的升高而减慢。这些结果表明，腔内光强的快速增益恢复的重要作用。
2019-11-18 physics.optics
Correction to the Effective Refractive Index and the Confinement Factor in Waveguide Modeling for Quantum Cascade Lasers
本文导出了量子级联激光器波导设计中的有效介质折射率和限制因子的计算公式，与以往文献中的计算公式相比，应用严格的微扰理论，考虑了波导结构和材料的各向异性光学增益和非厄米特性的影响，对限制因子和有效增益作了百分之几的修正。这个结果可以很容易地推广到任何具有分层结构的光学器件。
2021-07-20 physics.optics
Self-starting Harmonic Comb Emission in THz Quantum Cascade Lasers
谐波梳状态已被证明是量子级联激光器中出现的，并由参量增益和空间烧孔的相互作用促进。本文报道了铜基双金属太赫兹量子级联激光器的稳定、纯、自启动谐波锁模。不同的谐波阶数可以激发在同一个激光腔中取决于泵浦条件和稳定的谐波梳跨越超过600 GHz的带宽在80 K的报告。这样的设备可以被RF注入和自由运行的相干性进行评估，通过在50 GHz的自混合技术。一个理论模型的基础上麦克斯韦-布洛赫方程，包括在增益分布的不对称性被用来解释的数据。
2021-02-05 physics.optics
Spectrally resolved far-fields of terahertz quantum cascade lasers
我们提出了一种方便快捷的方法来测量光谱分辨的多模太赫兹量子级联激光器的远场，结合微测辐射热计焦平面阵列与FTIR光谱仪。区分了多模法布里-珀罗型激光器的基模TM 0和高阶横模TM 1的远场，与三维有限元模拟结果吻合得很好。此外，还研究了多模随机激光腔，分析了各单模激光对总远场的贡献。因此，所提出的方法是一个重要的工具，以获得在太赫兹频率的多模激光腔的发射特性的深入了解，这对未来的传感应用变得越来越重要。
2016-08-18 physics.optics
Evidence of Linear Chirp in Mid-Infrared Quantum Cascade Lasers
我们用相干拍音光谱法测量了工作在8 μ m的量子级联激光频率梳的模间相位关系。我们发现这些阶段是可再现的设备的功率循环后，并与驱动电流平滑地变化。此外，这些相位描述了呈现简单的线性啁啾的梳状状态，其实际上对应于啁啾的最低状态以最小化幅度调制，如由具有短增益恢复寿命的增益介质中的四波混频驱动的梳所需要的。
2018-04-11 physics.optics
Frequency Comb Assisted Broadband Precision Spectroscopy with Cascaded Diode Lasers
频率梳辅助的二极管激光光谱学既利用了光学频率梳的精确性，又利用了可调谐二极管激光器的宽波长调谐范围，已经在许多应用中得到了广泛的应用。在这封信中，我们提出了一种新的方法，使用级联的频率捷变二极管激光器，它允许扩展测量带宽为37.4太赫兹（1355至1630 nm）在MHz的分辨率与扫描速度超过1太赫兹/秒。它被证明是一个有用的工具，以表征宽带光谱的分子光谱学，特别是它能够表征的色散集成微谐振器高达四阶。
2016-04-18 physics.optics
Bi-stability and period-doubling cascade of frequency combs in exceptional-point lasers
本研究针对异常点附近激光器自发生成的频率梳开展稳定性分析，发现其具备双稳态与倍周期级联特性，后者可在保带宽前提下减半重复频率，为紧凑型频率梳发生器设计提供新思路。
2025-01-24 physics.optics
Short pulse generation and mode control of broadband terahertz quantum cascade lasers
我们报告的波导工程技术，使产生的带宽高达1太赫兹和记录超短脉冲长度为2.5 ps的注入种子太赫兹量子级联激光器。报道的技术是能够控制和完全抑制宽带太赫兹量子级联激光器的高阶侧模通过引入侧吸收的金属-金属波导。侧吸收器由相对于激光脊的顶部金属化设置和附加的有损金属层组成。在连续波操作中，侧吸收体导致倍频程跨越激光发射，范围从1.63到3.37 THz，在10 dB强度范围内呈现出顶部725 GHz宽，以及具有442 GHz带宽的频率梳操作。已经进行了数值和实验研究，以优化的影响，侧吸收器上的发射性能，并确定所需的波导损耗的增加。此外，这些研究导致了更好地理解注入种子量子级联激光器的脉冲形成动力学。
2016-05-31 physics.optics
Broadband monolithic extractor for metal-metal waveguide based terahertz quantum cascade laser frequency combs
我们提出了一个单片解决方案，有效地提取光从太赫兹量子级联激光器与金属-金属波导适合宽带频率梳应用。该设计针对中心频率为2.6 THz的500 GHz带宽进行了优化。与标准金属-金属波导相比，观察到总输出功率增加了五倍。该提取器具有单瓣远场图案，并增加了频率梳的动态范围，以覆盖超过50%的激光动态范围。频率梳操作高达670 GHz的频谱带宽实现。
2017-03-29 physics.optics
Coherent Frequency Combs produced by Self Frequency Modulation in Quantum Cascade Lasers
量子级联激光器（QCL）的一个显著特点是其非常短的增益恢复时间，迄今为止，这阻碍了将器件自锁模成单脉冲训练的尝试。我们从理论上证明了四波混频和短的增益恢复时间使QCL工作在自频率调制区，其特征是在时域具有恒定的功率，在频域具有稳定的相干梳，相干梳可以使QCL在传感和测量方面有许多潜在的应用。
2013-11-28 physics.optics
Free-Running Ring Quantum Cascade Laser with 50 kHz Linewidth
Université de Neuchâtel（纳沙泰尔大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
本研究通过噪声特性分析，展示了一种在7.7微米附近发射单频模式的自由运行环量子级跃迁激光器，其线宽接近50 kHz，相比现有技术提高了至少六倍，同时证明其可用于频率调制光谱学，为中红外高精度测量和光谱应用开辟了新可能。
2026-05-18 physics.optics
Radically Uniform Spike Trains in Optically Injected Quantum Cascade Oscillators
本文通过实验与理论分析，揭示了光注入量子级联激光器因增益介质具有约一皮秒的超短载流子寿命，能够产生高度均匀的尖峰序列，克服了传统半导体激光器中噪声诱发尖峰幅度不均匀的问题。
2023-04-12 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
Comment on "Retrieval of phase relation and emission profile of quantum cascade laser frequency combs''
最近发表在arXiv：1905.00668上的一篇文章提出，频率梳内的相位关系可以使用参考梳从外差测量中重建。原则上，按照这种方法，光学相位的这种恢复似乎是可能的，但应该产生时间恒定的信号。相反，arXiv：1905.00668提供了相位的显著相对漂移的实验证据，这表明梳的模式没有相干锁相。如果测试中的梳不是等距的，则可以解释这种时间漂移。这进一步意味着基础时间波形是不重复的，并且不能被压缩成相干短脉冲。这种伪影严重阻碍了量子级联激光器在精密计量中的应用。此外，将多模量子级联激光器指定为频率梳的概念似乎值得怀疑。
2019-05-13 physics.optics
Distributed feedback terahertz frequency quantum cascade lasers with dual periodicity gratings
利用双周期分布反馈光栅实现了太赫兹量子级联激光器的发射频率和输出光束方向的独立控制。通过使用适当的波矢量散射模型，设计了在固定频率下提供光反馈所需的光栅的空间折射率调制，同时设计了以受控角度为中心的远场发射图案。实现了在0°和50°之间通过设计调谐的角度的单模THz发射，导致了用于高度准直的THz QCL的原始相位匹配方法，光刻独立。
2016-05-30 physics.optics
Continuous-wave coherent imaging with terahertz quantum cascade lasers using electro-optic harmonic sampling
我们展示了一个相干成像系统的基础上太赫兹（THz）频率的量子级联激光器（QCL）相位锁定到近红外飞秒激光梳。相位锁定，使相干电光采样的连续波辐射的QCL通过产生外差拍频信号。我们使用这个拍音信号演示光栅扫描相干成像使用QCL发射在2.5太赫兹。在该频率下，我们的系统的检测本底噪声为3 pW/Hz，并且长期相稳定性<3度/h，受到设备的机械稳定性的限制。
2013-04-11 physics.optics
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
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
Microring quantum cascade surface emitting lasers
本文提出基于掩埋异质结微环腔的量子级联表面发射激光器，在中红外波段实现小尺寸、低损耗激光，并测得低阈值连续波功耗。
2024-10-25 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
A quantum cascade laser-based mid-IR frequency metrology system with ultra-narrow linewidth and $1\times 10^{-13}$-level frequency instability
我们展示了一个强大的工具，高分辨率中红外光谱和频率计量与量子级联激光器（QCL）。我们实现了QCL到超低膨胀（ULE）参考腔的频率稳定，通过上转换到近红外光谱范围，在$1\times10^{-13}$的水平。利用频率梳相位稳定到独立的超稳激光器上，测量了QCL相对于氢脉泽的绝对频率，并给出了不稳定性$<1\times10^{-13}$和不准确性$5\times10^{-13}$。QCL线宽被确定为60 Hz，主要由光纤噪声。光纤噪声的主动抑制可能导致低于10 Hz的线宽。
2015-05-05 physics.optics
Generation of Kerr combs centered at 4.5μm in crystalline microresonators pumped by quantum cascade lasers
本文报道了利用室温量子级联激光器泵浦CaF2和MgF2回音壁模式微谐振器，首次在4.5μm中红外波段产生克尔光频梳，并在约20mW泵浦功率下实现超过半个倍频程的频谱宽度。
2015-05-31 physics.optics
Self-starting harmonic frequency comb generation in a quantum cascade laser
光学频率梳在微波和光域之间建立了一个严格的相位相干链路，并在越来越多的应用中作为高精度工具出现。具有大模间间距的频率梳在微波光子学领域中用于射频任意波形合成和用于在未来无线通信网络中产生高频谱纯度的THz音调。我们首次在量子级联激光器中实现了具有太赫兹重复频率的自启动谐波频率梳产生。由于激光器中粒子数反转的时间调制，由数十个相邻腔模的抑制引起的大的模间间距起源于对增益的参数贡献。谐波梳的模式间隔被示出为均匀的中心频率的$5\times 10^{-12}$部分内使用多外差自检测。这种新的谐波梳态扩展了量子级联激光频率梳的应用范围。
2017-09-09 physics.optics
Bandwidth scaling and spectral flatness enhancement of optical frequency combs from phase modulated continuous-wave lasers using cascaded four-wave mixing
我们介绍了一种新的级联四波混频技术，该技术可以放大连续波激光相位调制产生的频率梳的带宽，同时提高光谱平坦度。因此，我们展示了一个10 GHz的频率梳超过100线在10 dB的带宽，其中记录75线是在1 dB的平坦度。级联的四波混频过程将由CW激光器的调制产生的初始梳的带宽增加了五倍。宽带梳具有近似二次频谱相位，其在单模光纤中传播时被补偿，导致940 fs脉冲的10 GHz训练
2012-11-09 physics.optics
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
Room Temperature Operation of a Buried Heterostructure Photonic Crystal Quantum Cascade Laser
具有窄远场的高功率单模量子级联激光器对于包括外科手术或军事对抗在内的若干应用是重要的。现有技术存在诸如操作温度和可扩展性的缺点。在本文中，我们介绍了一种制造方法，有可能同时解决这些剩余的限制。我们展示和表征了深蚀刻、掩埋的光子晶体量子级联激光器，其发射波长约为8.5 μm。在用半绝缘Fe：InP再生长之前，对有源区进行干法蚀刻。这种制造策略导致10%的折射率对比度，从而允许良好的光子模式控制，并且同时在操作期间提供良好的热提取。从光子晶体激光器的端面记录了263 K时具有窄远场图案和峰值功率高达0.88 W的单模发射，并且激光操作保持到室温。通过三维光子学模拟和测量，确定边长为550μm的正方形光子晶体台面的激光模式为慢Bloch光子晶体模式。
2017-09-22 physics.optics
All-Optical Adaptive Control of Quantum Cascade Random Lasers
分子的光谱指纹大多在太赫兹和中红外范围内，因此有效的分子检测技术依赖于这些频率的宽带相干光源。太赫兹量子级联激光器可以实现倍频程跨越带宽。然而，它们的可调谐性和波长选择性通常受到其腔的几何形状的限制。最近推出的量子级联随机激光器代表了THz光的替代源，其中随机散射提供了所需的场限制。随机谐振腔的几何形状大大放宽了波长的选择性，从而产生的辐射，这是光谱宽带和准直的远场。然而，这些器件的光谱发射的固有随机性强烈限制了其潜在应用的范围。在这项工作中，我们演示了量子级联随机激光器的全光自适应控制和调谐。我们的随机激光源的特异性被利用来用近红外（NIR）激光束局部修改系统的介电常数，从而基本上重新配置无序的分布。使用空间光调制器与优化程序相结合，NIR照明被空间调制以重塑光谱发射并将初始多模激光器转换为单模源，其可以被利用来执行自参考光谱测量。此外，我们表明，本地近红外扰动可以用来感测线性和非线性的近场模式之间的相互作用。我们的工作指出了一条通往设计宽调谐太赫兹源的道路，大大放宽了制造限制。
2019-12-09 physics.optics
Design of mid-IR and THz quantum cascade laser cavities with complete TM photonic bandgap
提出了一种由具有完全面内光子带隙的平面光子晶体构成的中红外和太赫兹量子级联激光腔的设计。该设计是基于蜂窝晶格，并实现了一个完整的平面内的光子带隙的横向磁偏振光，同时保留了有效的电注入的连接模式。识别用于激光发射的候选缺陷模式。然后，该晶格被用作模型系统来证明一种新的效应：在某些条件下-通常在THz范围内满足-可以通过顶部金属接触的唯一图案化来获得完整的光子带隙。这种可能性大大降低了所需的制造复杂性，并避免了半导体有源区的潜在损坏。
2007-01-11 physics.optics
On-chip Dual-comb based on Quantum Cascade Laser Frequency Combs
双梳光谱学是中红外频率梳在高分辨率分子光谱学中最具吸引力的应用之一，因为它利用了频率梳的独特相干特性与中红外分子光谱学可实现的高灵敏度相结合。本文提出了一种基于中红外量子级联激光频率梳的片上双梳光源，其中两个频率梳集成在一个芯片上。通过在每个激光器旁边集成微加热器来控制梳状重复和偏移频率。我们表明，完全控制的双梳系统是可能的，通过测量对应于32厘米$^{-1}$的光学带宽在1330厘米$^{-1}$（7.52 $μ$ m）的中心频率的多外差拍频，表明该设备是理想的紧凑型双梳光谱系统。
2015-10-30 physics.optics
Dispersion engineering of Quantum Cascade Lasers frequency combs
量子级联激光器是能够产生频率梳的紧凑源。然而，关键特性-如光学带宽和功率每模式分布-必须得到改善，以更好地解决光谱应用。群延迟色散对梳状结构的形成起着重要的作用。在这项工作中，我们证明了基于Gires-Tournois干涉仪集成到QCL梳的色散补偿方案大大提高了梳操作制度，防止形成以前观察到的高相位噪声制度。这些梳的连续波输出功率通常为$>$ 100 mW，光谱中心为1330 cm $^{-1}$（7.52 $μ$ m），光带宽为$\sim$ 70 cm $^{-1}$。我们的研究结果表明，QCL梳是基于芯片的频率梳光谱系统的理想来源。
2015-09-29 physics.optics
Nanoscale displacement sensing based on nonlinear frequency mixing in quantum cascade lasers
我们展示了一个纳米级的目标位移，依赖于一个单一的量子级联激光器（QCL）的光反馈的传感器方案。该系统结合了QCL对光重注入的固有敏感性和它们在强反馈区的超稳定性，在强反馈区非线性混频现象得到增强。提供了微米波长尺度的原理的实验证明。通过在外腔中插入一个快速移动的参考标准具，我们实现了分辨率为λ/100的位移实时测量。在QCL终端处产生的信号动态显示了将传感器分辨率与参考标准具速度相关联的频闪效应。讨论了测量算法和参考速度的内在限制，揭示了纳米级范围是可以实现的。
2015-04-30 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
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
Non-resonant Optical Injection Locking in Quantum Cascade Laser Frequency Combs
本文提出利用1.55 μm强度调制近红外光实现量子级联激光频率梳的非共振光学注入锁定，该方法免除了专用电子元件需求并大幅降低频率噪声，性能优于传统电调制方法，有望推动中红外光谱与计量学应用。
2025-05-30 physics.optics
Shot-noise-limited emission from interband and quantum cascade lasers
本研究针对中红外量子级联与带间级联激光器的强度噪声特性，对比3种4.5μm室温连续波器件的电光特性与噪声模式，明确其散粒噪声限制工作情况，为高精度传感、量子光学等应用提供支撑。
2024-09-19 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
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
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 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
A quantum cascade phonon-polariton laser
我们报道了一种相干发射声子-极化激元的激光器，声子-极化激元是由光子和横光学声子之间的耦合产生的准粒子。增益由量子级联结构中的子带间跃迁提供。在h $ν$ = 45.4meV（对应于10.4THz的发射频率）处的极化激元是由单层薄AlInAs层的横向AlAs声子模耦合到法布里-珀罗腔的光学模而形成的。的激光模式的频率位置是在良好的协议与计算的极化激元色散，并允许量化的构成分数的发射的极化激元，达到最大值的50%的声子分数。增益的一部分（2-5%之间）直接源自子带间和声子极化之间的耦合。该器件的阈值电流具有很低的温度依赖性，并且能够在很薄的（$λ/20$）光学腔中工作。
2016-10-04 physics.optics
Measuring intensity correlations of a THz quantum cascade laser around its threshold at sub-cycle timescales
光子系统的量子性质反映在它们发出的光的光子统计中。因此，具有单光子灵敏度和优异的时间分辨率的量子光学工具的开发对于奇异源的开发是至关重要的，并且在光子能量在T=300 K处接近kbT的THz范围中特别具有挑战性。本文报道了基于电光采样技术，在室温下首次测量了0.3-3 THz波段的场g1（τ）和强度关联g2（τ），时间分辨率为146 fs。利用该系统，我们可以测量太赫兹量子级联激光器的阈值光子统计。
2016-11-29 physics.optics
A quantum cascade laser-pumped molecular laser tunable over 1 THz
通过引入甲基氟（CH $_3$ F）作为量子级联激光泵浦分子激光器（QPML）的新增益介质，我们证明了连续波激射超过120个离散跃迁跨越频率范围0.25至1.3太赫兹。用CH $_3$ F实现的前所未有的光谱调谐程度也证实了QPML概念的普遍性：对于所有极性气体分子，通过使用连续可调谐量子级联激光器充分泵浦相关的旋转振动跃迁，可以在任何偶极允许的旋转跃迁上诱导激光。
2022-02-07 physics.app-ph 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
Dynamics of a broad-band Quantum Cascade Laser. From chaos to coherent dynamics and mode-locking
在基于有效半导体Maxwell-Bloch方程的模型中研究了多模量子级联激光器的动力学，包括辐射-介质相互作用的关键特征，如非对称性、频率依赖性、增益和折射率以及由亨利因子提供的相位-振幅耦合。通过考虑自由光谱范围和亨利因子的作用，我们开发了适合于识别允许不稳定的条件的标准，接近阈值，由激光器发射的行波，并导致混沌或规则的多模动力学。在后一种情况下，我们的模拟表明，场振荡与沿激光腔，桥接锁模和孤波传播的自约束结构。此外，我们展示了如何RF调制的偏置电流导致主动锁模产生高对比度，皮秒脉冲。我们的结果与最近的宽带THz准分子激光器实验结果进行了比较，有助于理解中红外和THz波段超短脉冲产生和梳状操作的条件
2017-10-20 physics.optics
Amplified Feedback and Spontaneous Emission Injection in Quantum Cascade Ring Laser Systems
本文利用Lang-Kobayashi框架研究环形量子级联激光器中反向传播模式的切换机制，发现端面反射产生的放大反馈与实验行为一致性超过93%，是驱动模式选择的主导因素。
2025-05-08 physics.optics
Watt-level widely tunable single-mode emission by injection-locking of a multimode Fabry-Perot quantum cascade laser
自由运行的法布里-珀罗激光器通常在单模状态下工作，直到泵浦电流增加到超过单模不稳定性阈值，超过该阈值，它们演变成多模状态。由于这种不稳定性，这些激光器的单模操作通常被限制在其输出功率范围的百分之几，这是光谱应用中不希望的限制。为了扩大单模操作的跨度，我们使用由外腔单模激光源产生的光学注入种子来迫使法布里-佩罗量子级联激光器在高电流范围内进入单模状态，否则它将在高电流范围内进入单模状态。在多模状态下操作。利用这种方法，我们实现了单模发射在室温下与$36 \, \mathrm{cm}^-1$的调谐范围和稳定的连续波输出功率超过1 W。远场测量结果表明，一个单一的横模发射到最高的光功率，表明种子法布里-珀罗激光器的光束特性保持不变相比，自由运行的操作。
2018-02-19 physics.optics
Microwave noise downconversion in interband cascade laser frequency combs
Wroclaw University of Science and Technology（弗罗茨瓦夫科技大学）；Technische Universität Wien（维也纳工业大学）；Naval Research Laboratory（海军研究实验室）；Amentum（安特姆）
本文提出利用微波噪声下变换评估间带倍频激光的相干性，通过基带噪声与多GHz间模拍频的关系，简化了高频光电探测器的需求，为频率梳表征提供了新方法。
2026-04-23 physics.optics
Intensity correlations in quantum cascade laser harmonic frequency combs
本文对量子级联激光器（QCL）发射的谐波频率梳进行了新的研究，证明了表征发射光谱的双模之间存在强度相关。这些起源于由有源介质的三阶非线性驱动的四波混频（FWM）过程。这种相关性的研究对于新一代半导体器件的工程设计至关重要，这些半导体器件有可能成为具有量子特性（如压缩和纠缠）的集成光发射器。从实验结果出发，国家的最先进的技术的限制进行了讨论，以及可能的方法，可能导致检测到的非经典现象，或者改进QCL的设计，在引人注目的角度产生量子关联中红外线。
2022-06-15 physics.optics
