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量子级联激光器

高度定向的电泵浦

宽带随机太赫兹激光器

文/John Wallace

商 业化的相干太赫兹辐射源 建模，假设随机分布的孔是时间相干 并且还展示腔虽然是圆形的，但不支
已经以量子级联激光器
同相偶极发射器，每个都具有给定的
持边廊模，因为被孔所抑制。
（QCL）的形式存在了十多 偏振方向。如果所有的偏振对准，则 在实验中，圆形的 10μm 厚的平
年，其在光谱学和成像领域发挥着重 结果是相长干涉，这将形成衍射极限 面电泵浦半导体结构作为腔体。研究
要作用，通常用于安全应用。然而， 光束。如果所有的偏振最大程度的不 人员利用了这样的事实，即因为 QCL
传统的太赫兹发射 QCL 的一大缺点 对准，则会产生有害的干扰效应。中 为单极工作（仅电子，而不是电子 -
是，因其为亚波长约束结构，故而具 间偏振对准会出现一些、但并非最大 空穴对），所以腔可以几乎任意成形，
有非常发散的光束。 的相长干涉。 而不影响激光器的电操作。因此，他
奥地利维也纳技术大学和奥地利 以更复杂的 3D 和矢量方式对激 们以随机图样穿过腔，并冲出 20μm
科学院的研究人员，提出了一种针对 光器进行建模，结果与中心波长为 直径的孔。研究人员已经制作了孔填
上述光束发散问题的解决方案，即使 3.9THz、带宽为 400GHz 的实验一致， 充因子分别为 34%、25%、18% 和 8%
用过去几年经常在光子学研究中出现 的不同版本。
的激光器概念——随机激光器。 器件的散热器被低温冷却到 5K，
34%
随机激光器通常在激光腔中有许 尽管器件本身达到高达 130K 的温
多随机或伪随机分布的散射点，这将 度。对于更密集填充的孔图样，垂直
产生多个激光模式，可以在腔内从散 方向的峰值输出功率达到 40mW，对
射体到散射体循环。虽然用于可见光 25% 于低密度的图样，峰值输出则低些。
或近紫外的随机激光器倾向基于多晶 对于填充因子为 18% 的激光器，激
Intensity
散射体，但是对于波长长三个数量级 (a.u.) 光发射的发散角为约 7°半峰全宽
400 GHz
的太赫兹区域，情况就截然不同了。 （FWHM）。因为接近衍射极限，这意
18%
事实上，情况变得更加容易 ：研究人 味着来自腔表面中孔的大部分发射是
员简单地通过产生随机图案的孔，经 彼此同相的。
过平面腔形成散射光垂直出射，来创 当然，这种随机 QCL 的电泵浦
建散射体（如图所示）。所得到的器件 8% 特性，是将来可能用作低发散太赫兹
产生宽带发射（约 3.9THz 的中心波长， 光源的一个优势。
带宽为 0.4THz），具有来自大腔径的、 3.7 3.8 3.9 4.0 4.1 4.2
接近衍射极限的窄带远场输出。 [1] Frequency (THz) 参考文献
图：直径500μm、圆形薄膜太赫兹量子级联激光器 1. S. Sc hö nhube r e t a l ., Opt i c a
（QCL）的腔结构，具有随机排列的、直径20μm
不同的孔填充因子 的穿孔，其在垂直方向上相干散射辐射。孔填充因 (2016); http://dx.doi.org/10.1364/
子分别为34%，25%，18%和8%。图中所示为来自
这类激光器可以通过简化的方式 四个实验装置的宽带发射光谱。 optica.3.001035.

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