en
Назад
DOI: 10.17586/1023-5086-2024-91-01-33-38
УДК: 535-15; 537.862
Минимальное число каскадов в терагерцовом квантово-каскадном лазере на основе GaAs/AlGaAs с волноводом металл-металл
Полный текст на elibrary.ru
Публикация в Journal of Optical Technology
Дубинов А.А. Минимальное число каскадов в терагерцовом квантово-каскадном лазере на основе GaAs/AlGaAs с волноводом металл-металл // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 1. С. 33–38. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-01-33-38
Dubinov A.A. The minimum number of stages in a terahertz GaAs/AlGaAs quantum-cascade laser with a waveguide of metal-to-metal [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 1. P. 33–38. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-01-33-38
Alexander A. Dubinov, "Minimum number of stages in a GaAs/AlGaAs terahertz quantum cascade laser with a metal-to-metal waveguide," Journal of Optical Technology. 91(1),19-22 (2024). https://doi.org/10.1364/JOT.91.000019
Предмет исследования. Коэффициент поглощения волновода металл-металл терагерцового квантово-каскадного лазера на основе гетероструктур GaAs/AlGaAs. Цель работы. Теоретическое исследование возможности существенно-го уменьшения числа каскадов (толщины активной области) в терагерцовых квантово-каскадных лазерах на основе двух ранее реализованных конструкций каскадов с гетерострукту-рами GaAs/AlGaAs с квантовыми ямами, обладающими значительными коэффициентами усиления, с волноводом ме-талл-металл. Метод. Коэффициент поглощения волновода металл-металл вычислялся численно методом матриц переноса из уравнений Максвелла. Основные результаты. Определена зависимость коэффициента поглощения волновода металл-металл терагерцового квантово-каскадного лазера от числа его каскадов. Показано, что в случае лазера с коэффициентом усиления 200 см–1 при температуре 100 K для генерации достаточно всего 5 каскадов при общей толщине волновода 428 нм. Практическая значимость. Расчеты показывают, что существует возможность значительного уменьшения толщины активной области и числа каскадов в терагерцовом квантово-каскадном лазере, что должно способствовать упрощению его создания и более широкому использованию.
коэффициент поглощения, волновод, квантово-каскадный лазер, терагерц
Благодарность:работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, грант № 23-19-00436.
Коды OCIS: 140.3070, 140.5965, 140.3410
Список источников:Wen B., Ban D. High-temperature terahertz quantum cascade lasers // Progress in Quantum Electronics. 2021. V. 80. P. 100363. https://doi.org/10.1016/j.pquantelec.2021.100363
2. Leitenstorfer A., Moskalenko A. S., Kampfrath T., et al. The 2023 terahertz science and technology roadmap // J. Phys. D: Appl. Phys. 2023. V. 56. P. 223001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/acbe4c
3. Вакс В.Л., Домрачева Е.Г., Черняева М.Б. и др. Применение метода терагерцовой газовой спектроскопии высокого разрешения для анализа состава продуктов термического разложения биологических жидкостей (урины) человека // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 4. С. 80–90. https://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-04-80-90
4. Liu J. and Yang S. Температурные корреляции терагерцовых спектров L-аспарагина и L-тирозина [in English] // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 3. С. 10–17. https://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-03-10-17
5. Bosco L., Franckie M., Scalari G., et al. Thermoelectrically cooled THz quantum cascade laser operating up to 210 K // Appl. Phys. Lett. 2019. V. 115. P. 010601. https://doi.org/10.1063/1.5110305
6. Khalatpour A., Paulsen A. K., Deimert C. , et al. High-power portable terahertz laser systems // Nature Photonics. 2021. V. 15. P. 16–20. https://doi.org/10.1038/s41566-020-00707-5
7. Yachmenev A.E., Pushkarev S.S., Reznik R.R., et al. Arsenides-and related III-V materials-based multilayered structures for terahertz applications: Various designs and growth technology // Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials. 2020. V. 66. № 2. P. 100485. https://doi.org/10.1016/j.pcrysgrow.2020.100485
8. Strupiechonski E., Grassani D., Fowler D., et al. Vertical subwavelength mode confinement in terahertz and mid-infrared quantum cascade lasers // Appl. Phys. Lett. 2011. V. 98. P. 101101. https://doi.org/10.1063/1.3560980
9. Curwen C.A., Addamane S.J., Reno J.L., et al. Thin THz QCL active regions for improved continuous-wave operating temperature // AIP Advances. 2021. V. 11. Р. 125018. https://doi.org/10.1063/5.0071953
10. Chassagneux Y., Wang Q.J., Khanna S.P., et al. Limiting factors to the temperature performance of THz quantum cascade lasers based on the resonant-phonon depopulation scheme // IEEE Trans. Terahertz Sci. and Technol. 2012. V. 2. № 1. P. 83–92. https://doi.org/10.1109/TTHZ.2011.2177176
11. Dubinov A.A., Ushakov D.V., Afonenko A.A., et al. Thin active region HgCdTe-based quantum cascade laser with quasi-relativistic dispersion law // Opt. Lett. 2022. V. 47. № 19. P. 5048–5051. https://doi.org/10.1364/OL.470688
12. Дубинов А.А., Алешкин В.Я. Модель терагерцового квантово-каскадного лазера на основе двумерного плазмона // Физика и техника полупроводников. 2021. Т. 55. № 10. С. 869–871. https://doi.org/10.21883/FTP.2021.10.51435.34
13. Amanti M.I., Scalari G., Terazzi R., et al. Bound-to-continuum terahertz quantum cascade laser with a single-quantum-well phonon extraction/injection stage // New J. Phys. 2009. V. 11. P. 125022. https://doi.org/10.1088/1367-2630/11/12/125022
14. Casey H.C., Panich M.B. Heterostructure lasers. Part A. N.Y.: Academic Press, 1978. 286 p.
15. Kohen S., Williams B.S., Hu Q. Electromagnetic modeling of terahertz quantum cascade laser waveguides and resonators // J. Appl. Phys. 2005. V. 97. P. 053106. https://doi.org/10.1063/1.1855394
16. Katsidis C.C., Hatzopoulos Z., Pelekanos N.T. Optical properties of AlxGa1–xAs/GaAs heterostructures in the far-infrared // Book of Abstracts of XXIV Panhellenic Conf. Solid State Physics and Materials Science. Heraklion, Crete, Greece. September 21–24, 2008. P. 205–206. https://doi.org/10.13140/RG.2.1.1279.9207
17. Ушаков Д.В., Афоненко А.А., Дубинов А.А. и др. Спектры модовых потерь в ТГц квантово-каскадных лазерах с двойным металлическим волноводом на основе Au и Ag // Квантовая электроника. 2018. Т. 48. № 11. С. 1005–1008.
18. Wen B., Ban D. Theoretical study of quasi one-well terahertz quantum cascade laser // Photonics. 2022. V. 9. P. 247. https://doi.org/10.3390/photonics9040247
19. Rindert V., Önder E., Wacker A. Analysis of high-performing terahertz quantum cascade lasers // Phys. Rev. Appl. 2022. V. 18. P. L041001. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.18.L041001