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
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
Temperature dependence of the gain profile for THz quantum cascade lasers
研究了共振声子太赫兹量子级联激光器的峰值增益随温度的快速下降。各种微观散射过程的增益分布作为温度的函数的影响进行了讨论。我们认为，主要是由于增加杂质散射，而不是减少粒子数反转，增加的加宽，是峰值增益降低的主要原因。
2008-02-19 cond-mat.mes-hall
THz parametric gain in semiconductor superlattices in the absence of electric domains
我们从理论上表明，太赫兹增益的条件和半导体超晶格中的破坏性电畴的形成条件是相当不同的情况下的参量产生和放大。无偏高频电场对超晶格的作用使能带电子的能量和有效质量发生周期性变化。这种参数效应可以在泵浦频率的某个偶次谐波处导致显著的增益，而不会形成电域和来自泵浦谐波的破坏。
2006-08-31 cond-mat.mes-hall
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
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
Theoretical backgrounds of nonlinear THz spectroscopy of semiconductor superlattices
我们考虑在探测和泵浦场的相称频率的最一般情况下，在双色电场作用下，半导体超晶格的单个微带中的太赫兹吸收和增益。利用玻尔兹曼输运方程的精确解，我们表明，在小信号限制的吸收公式总是包含两个不同的条款有关的参数和非相干相互作用的微带电子与交变泵场。这为在不切换到负微分电导状态的情况下控制THz增益提供了理论背景。出于教学的原因，我们详细介绍了公式的推导。
2008-11-10 cond-mat.mes-hall
Monte-Carlo-based spectral gain analysis for THz quantum cascade lasers
采用系综Monte Carlo输运模拟，我们自洽地分析了不同的太赫兹量子级联激光器结构的光谱增益，考虑到绑定到连续以及共振声子减少设计。在这种情况下，我们研究温度相关的增益展宽，影响太赫兹结构的温度性能。此外，我们还讨论了单个散射机制，如电子-电子散射、杂质散射和界面粗糙度散射等的影响。模拟结果与实验数据的比较产生良好的协议。
2011-06-15 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
Comment on "Dispersive Terahertz Gain of a Nonclassical Oscillator: Bloch Oscillation in Semiconductor Superlattices"
在最近的两封信[物理。90，046806; Phys. Rev. 94，057408]，Hirakawa等人研究了来自光激发超晶格的相干太赫兹（THz）辐射的发射。作者解释了太赫兹瞬态的光谱的半经典输运模型，并得出结论，数据提供了所谓的布洛赫增益的存在的证据。我们表明，在电导率方面的数据的解释，但是，没有正确执行，从而使引用作者的结论无效。
2006-05-26 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
High-frequency absorption and gain in superlattices: Semiquasistatic approach
研究了在微波泵浦场作用下，半导体超晶格中THz辐射的产生和放大。属于超晶格的单个迷你带的电子与泵浦场准静态地相互作用，并且与信号太赫兹场动态地相互作用。在这种半准方法中，我们推导出优雅的差分公式描述吸收（增益）的弱太赫兹信号。我们提出了一个有益的几何解释的吸收公式，它允许搜索的最佳条件的增益只采用一个简单的定性分析。我们的理论研究结果有助于利用半导体超晶格的非线性电学性质开发太赫兹辐射源和探测器。
2006-02-08 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
Bloch gain in dc-ac-driven semiconductor superlattices in the absence of electric domains
我们从理论上研究了在无电畴的情况下，在直流-交流驱动的半导体超晶格中放大和产生太赫兹辐射的可行性。我们发现，如果除了直流偏置一个强大的太赫兹泵浦场施加，布洛赫增益分布为一个小的太赫兹信号可以实现在正的静态微分电导率的条件下。这里出现正微分电导率，类似于大信号放大方案的情况[H. Kroemer，cond-mat/0009311）]，由于高频交流场的应用引起的直流电流密度的修改[K。Unterrainer \textit{et al.}，物理学修订快报。\textbf{76}，2973（1996）]。而在低频率和零频率的吸收的符号是敏感的交流领域，在增益最大值附近的增益分布是鲁棒的。我们建议将这种交流感应效应用于太赫兹布洛赫振荡器的启动器中。我们的分析表明，短太赫兹脉冲的超晶格的应用程序允许抑制不希望的电域的形成，并达到持续的大幅度操作的直流偏置布洛赫振荡器。
2007-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Model of the Influence of an External Magnetic Field on the Gain of Terahertz Radiation from Semiconductor Superlattices
从理论上分析了磁场对超晶格小信号吸收和增益的影响。我们预测了一个非常大的和可调的太赫兹增益，由于在交叉电场和磁场的非线性回旋振荡。与布洛赫增益相反，这里的超晶格处于电稳定状态。我们还发现，太赫兹布洛赫增益可以显着增强与垂直的磁场。如果磁场相对于超晶格轴倾斜，通常不稳定的布洛赫增益分布在斯塔克回旋共振附近变得稳定。
2009-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
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
Octave-spanning semiconductor laser
本文介绍了一种半导体注入式激光器，它工作在连续波中，发射频率超过一个倍频程，并在各振荡模式中显示出均匀的功率分布。增益介质是基于在太赫兹范围内工作的异质量子级联结构。在连续波的激光发射发生从1.64 THz到3.35 THz的光功率在mW范围内和超过80个模式以上的阈值。对线宽为980 Hz的窄波导的自由运行拍音研究受到抖动的限制，表明频率梳可在宽至624 GHz的频谱带宽上工作，这使得此类器件成为基于倍频程跨阻激光器的THz频率梳的理想候选者。
2014-07-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Self-Consistent Theory of the Gain Linewidth for Quantum Cascade Lasers
子带间跃迁的线宽可以显着降低到低于所涉及的状态的寿命加宽的总和，如果散射环境是类似的两个状态。这是研究在非平衡格林函数的方法在这里。我们发现，最近的，相对较低的掺杂，太赫兹量子级联激光器的效果是特别相关的。
2004-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Mode Competition in Dual-Mode Quantum Dots Semiconductor Microlaser
本文描述了量子点激光器的建模，目的是评估稳定的连续波双模操作时，模式分离位于太赫兹范围内的条件。几种可能的模型适合于InAs量子点在InP屏障的分析评估，特别是量子点电耦合通过直接交换的激发由润湿层或量子点光耦合通过均匀加宽其光学增益。一个稳定的双模制度是可能的，在所有情况下，当量子点被用作有源层，而量子阱或散装类型的增益介质不可避免地导致双折射行为。量子点增益介质的选择完美地匹配了用于通过光混合产生太赫兹的双模激光器的生产。
2013-03-07 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
