基于太赫兹量子阱探测器的太赫兹量子级联激光器发射谱研究

谭智勇; 郭旭光; 曹俊诚; 黎华; 韩英军

doi:10.7498/aps.59.2391

摘要

采用一个光谱匹配的太赫兹(THz)量子阱探测器(QWP)研究了一激射频率约为41 THz的THz量子级联激光器(QCL)在不同驱动电流下的发射谱,分析了测量得到的发射谱谱型和谱峰位置,根据测量的发射谱估算了太赫兹量子级联激光器发射功率随驱动电流变化的情况,从而得到了THz QCL激射的电流密度范围及其阈值电流密度.文中还研究了THz QWP在不同温度下对THz QCL 激光辐射的响应特性.研究结果表明,THz QWP在表征THz QCL的发射谱方面是一种很好的探测器,并有望成为未来THz通信中的接收装置.

关键词:

Abstract

The emission of a 41 THz quantum cascade laser (THz QCL) has been measured by a spectrally-matching terahertz quantum-well photodetector (THz QWP). The measured emission spectra have been analyzed with respect to the spectral shape and peak position. The relative light power of the laser under different drive currents have been estimated from the emission spectra and then the lasing domain and threshold current density of the laser has been determined. The temperature-dependent response of THz QWP to the laser has also been investigated. The analyzed results indicate that the THz QWPs could be a good detector for characterizing the emission properties of the THz QCLs and may be the receivers in the terahertz communications.

Keywords:

作者及机构信息

1.
中国科学院上海微系统与信息技术研究所,信息功能材料国家重点实验室,上海 200050

基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号: 2007CB310402)、国家自然科学基金(批准号: 60721004)、中国科学院知识创新工程重要方向性项目（批准号：KGCX2-YW-231）、中国科学院知识创新工程重大项目（批准号：KGCX1-YW-24）和中国科学院“百人计划”资助的课题.

Authors and contacts

1.
中国科学院上海微系统与信息技术研究所,信息功能材料国家重点实验室,上海 200050

参考文献

[1]	［1］Ferguson B, Zhang X C 2002 Nature Mater. 1 26
[2]	［2］Tonouchi M 2007 Nat. Photon. 1 97
[3]	［3］Zhang X B, Shi W 2008 Acta Phys. Sin. 57 4984 (in Chinese) ［张显斌、施卫 2008 物理学报 57 4984］
[4]	［4］Khler R, Tredicucci A, Beltram F, Beere H E, Linfield E H, Davies A G, Ritchie D A, Iotti R, Rossi F 2002 Nature 417 156
[5]	［5］Liu H C, Song C Y, Spring Thorpe A J, Cao J C 2004 Appl. Phys. Lett. 84 4068
[6]	［6］Graf M, Scalari G, Hofstetter D, Faist J, Beere H, Linfield E, Ritchie D, Davies G 2004 Appl. Phys. Lett. 84 475
[7]	［7］Scalari G, Ajili L, Faist J, Beere H, Linfield E, Ritchie D, Davies G 2003 Appl. Phys. Lett. 82 3165
[8]	［8］Williams B S, Kumar S, Hu Q, Reno J L 2005 Opt. Express 13 3331
[9]	［9］Luo H, Laframboise S R, Wasilewski Z R, Aers G C, Liu H C, Cao J C 2007 Appl. Phys. Lett. 90 041112
[10]	］Walther C, Fischer M, Scalari G, Terazzi R, Hoyler N, Faist J 2007 Appl. Phys. Lett. 91 131122
[11]	］Kumar S, Hu Q, Reno J L 2009 Appl. Phys. Lett. 94 131105
[12]	］Luo H, Liu H C, Song C Y, Wasilewski Z R 2005 Appl. Phys. Lett. 86 231103
[13]	］Liu H C, Luo H, Song C Y, Wasilewski Z R, Spring Thorpe A J, Cao J C 2007 Infrared Phys. Technol. 50 191
[14]	］Patrashin M, Hosako I 2008 Opt. Lett. 33 168
[15]	］Guo X G, Tan Z Y, Cao J C, Liu H C 2009 Appl. Phys. Lett. 94 201101
[16]	］Luo H, Liu H C, Song C Y, Wasilewski Z R, Spring Thorpe A J 2006 Proc. SPIE 6386 638611
[17]	］Zhang R, Li H, Cao J C, Feng S L 2009 Acta Phys. Sin. 58 4618 (in Chinese) ［张戎、黎华、曹俊诚、封松林 2009 物理学报 58 4618］
[18]	］Grant P D, Dudek R, Buchanan M, Liu H C 2006 IEEE Photon. Technol. Lett. 18 2218
[19]	］Hosako I, Sekine N, Patrashin M, Yasuda H 2007 Proc. SPIE 6772 67720R
[20]	］Johnson T J, Zachmann G 2000 Introduction to Step-Scan FTIR (Chap. 2) (Germany, Ettlingen: Bruker Optik GmbH) p18
[21]	］Liu H C, Wchter M, Ban D, Wasilewski Z R, Buchanan M, Aers G C, Cao J C, Feng S L, Williams B S, Hu Q 2005 Appl. Phys. Lett. 87 141102
[22]	］Levine B F 1993 J. Appl. Phys. 74 R1
[23]	］Bastard G, Mendez E E, Chang L L, Esaki L 1983 Phys. Rev. B 28 3241
[24]	］Williams B S, Callebaut H, Kumar S, Hu Q, Reno J L 2003 Appl. Phys. Lett. 82 1015

施引文献

[1]	［1］Ferguson B, Zhang X C 2002 Nature Mater. 1 26
[2]	［2］Tonouchi M 2007 Nat. Photon. 1 97
[3]	［3］Zhang X B, Shi W 2008 Acta Phys. Sin. 57 4984 (in Chinese) ［张显斌、施卫 2008 物理学报 57 4984］
[4]	［4］Khler R, Tredicucci A, Beltram F, Beere H E, Linfield E H, Davies A G, Ritchie D A, Iotti R, Rossi F 2002 Nature 417 156
[5]	［5］Liu H C, Song C Y, Spring Thorpe A J, Cao J C 2004 Appl. Phys. Lett. 84 4068
[6]	［6］Graf M, Scalari G, Hofstetter D, Faist J, Beere H, Linfield E, Ritchie D, Davies G 2004 Appl. Phys. Lett. 84 475
[7]	［7］Scalari G, Ajili L, Faist J, Beere H, Linfield E, Ritchie D, Davies G 2003 Appl. Phys. Lett. 82 3165
[8]	［8］Williams B S, Kumar S, Hu Q, Reno J L 2005 Opt. Express 13 3331
[9]	［9］Luo H, Laframboise S R, Wasilewski Z R, Aers G C, Liu H C, Cao J C 2007 Appl. Phys. Lett. 90 041112
[10]	］Walther C, Fischer M, Scalari G, Terazzi R, Hoyler N, Faist J 2007 Appl. Phys. Lett. 91 131122
[11]	］Kumar S, Hu Q, Reno J L 2009 Appl. Phys. Lett. 94 131105
[12]	］Luo H, Liu H C, Song C Y, Wasilewski Z R 2005 Appl. Phys. Lett. 86 231103
[13]	］Liu H C, Luo H, Song C Y, Wasilewski Z R, Spring Thorpe A J, Cao J C 2007 Infrared Phys. Technol. 50 191
[14]	］Patrashin M, Hosako I 2008 Opt. Lett. 33 168
[15]	］Guo X G, Tan Z Y, Cao J C, Liu H C 2009 Appl. Phys. Lett. 94 201101
[16]	］Luo H, Liu H C, Song C Y, Wasilewski Z R, Spring Thorpe A J 2006 Proc. SPIE 6386 638611
[17]	］Zhang R, Li H, Cao J C, Feng S L 2009 Acta Phys. Sin. 58 4618 (in Chinese) ［张戎、黎华、曹俊诚、封松林 2009 物理学报 58 4618］
[18]	］Grant P D, Dudek R, Buchanan M, Liu H C 2006 IEEE Photon. Technol. Lett. 18 2218
[19]	］Hosako I, Sekine N, Patrashin M, Yasuda H 2007 Proc. SPIE 6772 67720R
[20]	］Johnson T J, Zachmann G 2000 Introduction to Step-Scan FTIR (Chap. 2) (Germany, Ettlingen: Bruker Optik GmbH) p18
[21]	］Liu H C, Wchter M, Ban D, Wasilewski Z R, Buchanan M, Aers G C, Cao J C, Feng S L, Williams B S, Hu Q 2005 Appl. Phys. Lett. 87 141102
[22]	］Levine B F 1993 J. Appl. Phys. 74 R1
[23]	］Bastard G, Mendez E E, Chang L L, Esaki L 1983 Phys. Rev. B 28 3241
[24]	］Williams B S, Callebaut H, Kumar S, Hu Q, Reno J L 2003 Appl. Phys. Lett. 82 1015

[1]	王杨涛, 景蔚萱, 韩枫, 孟庆之, 林启敬, 赵立波, 蒋庄德. 圆环孔阵列超材料对热释电太赫兹探测器性能影响关系研究. 物理学报, 2023, 72(4): 048701. doi: 10.7498/aps.72.20221174
[2]	吴曼瑾, 姚柏志, 石粒力, 陈本纹, 吴敬波, 张彩虹, 金飚兵, 陈健, 吴培亨. 用于超导太赫兹探测器的低温标准黑体辐射源. 物理学报, 2022, 71(16): 168702. doi: 10.7498/aps.71.20220103
[3]	李杭, 陈萍, 田进寿, 薛彦华, 王俊锋, 缑永胜, 张敏睿, 何凯, 徐向晏, 赛小锋, 李亚晖, 刘百玉, 王向林, 辛丽伟, 高贵龙, 汪韬, 王兴, 赵卫. 基于太赫兹脉冲加速及扫描电子束的高时间分辨探测器. 物理学报, 2022, 71(2): 028501. doi: 10.7498/aps.71.20210871
[4]	王志全, 施卫. 太赫兹时域光谱中脉冲太赫兹波全息探测. 物理学报, 2022, 71(18): 188704. doi: 10.7498/aps.71.20220983
[5]	李杭, 陈萍, 田进寿. 基于太赫兹脉冲加速及扫描电子束的高时间分辨探测器研究. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20210871
[6]	李绍和, 李九生, 孙建忠. 太赫兹频率编码器. 物理学报, 2019, 68(10): 104203. doi: 10.7498/aps.68.20190032
[7]	李金锋, 万婷, 王腾飞, 周文辉, 莘杰, 陈长水. 太赫兹量子级联激光器中有源区上激发态电子向高能级泄漏的研究. 物理学报, 2019, 68(2): 021101. doi: 10.7498/aps.68.20181882
[8]	周康, 黎华, 万文坚, 李子平, 曹俊诚. 太赫兹量子级联激光器频率梳的色散. 物理学报, 2019, 68(10): 109501. doi: 10.7498/aps.68.20190217
[9]	魏相飞, 何锐, 张刚, 刘向远. InAs/GaSb量子阱中太赫兹光电导特性. 物理学报, 2018, 67(18): 187301. doi: 10.7498/aps.67.20180769
[10]	张真真, 黎华, 曹俊诚. 高速太赫兹探测器. 物理学报, 2018, 67(9): 090702. doi: 10.7498/aps.67.20180226
[11]	朱永浩, 黎华, 万文坚, 周涛, 曹俊诚. 三阶分布反馈太赫兹量子级联激光器的远场分布特性. 物理学报, 2017, 66(9): 099501. doi: 10.7498/aps.66.099501
[12]	史生才, 李婧, 张文, 缪巍. 超高灵敏度太赫兹超导探测器. 物理学报, 2015, 64(22): 228501. doi: 10.7498/aps.64.228501
[13]	徐天鸿, 姚辰, 万文坚, 朱永浩, 曹俊诚. 锥形太赫兹量子级联激光器输出功率与光束特性研究. 物理学报, 2015, 64(22): 224212. doi: 10.7498/aps.64.224212
[14]	谭智勇, 陈镇, 韩英军, 张戎, 黎华, 郭旭光, 曹俊诚. 基于太赫兹量子级联激光器的无线信号传输的实现. 物理学报, 2012, 61(9): 098701. doi: 10.7498/aps.61.098701
[15]	王光强, 王建国, 童长江, 李小泽, 王雪锋. 高功率太赫兹脉冲半导体探测器的分析与设计. 物理学报, 2011, 60(3): 030702. doi: 10.7498/aps.60.030702
[16]	张戎, 郭旭光, 曹俊诚. 太赫兹量子阱光电探测器光栅耦合的模拟与优化. 物理学报, 2011, 60(5): 050705. doi: 10.7498/aps.60.050705
[17]	张存喜, 王瑞, 孔令民. 太赫兹场辅助的单量子阱自旋共振输运. 物理学报, 2010, 59(7): 4980-4984. doi: 10.7498/aps.59.4980
[18]	黎华, 韩英军, 谭智勇, 张戎, 曹俊诚. 半绝缘等离子体波导太赫兹量子级联激光器工艺研究. 物理学报, 2010, 59(3): 2169-2172. doi: 10.7498/aps.59.2169
[19]	张戎, 黎华, 曹俊诚, 封松林. 太赫兹无线通信系统中的反射器研究. 物理学报, 2009, 58(7): 4618-4623. doi: 10.7498/aps.58.4618
[20]	常俊, 黎华, 韩英军, 谭智勇, 曹俊诚. 太赫兹量子级联激光器材料生长及表征. 物理学报, 2009, 58(10): 7083-7087. doi: 10.7498/aps.58.7083

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