1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所太赫兹固态技术重点实验室, 上海 200050
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
二氧化钒是一种具有绝缘态到金属态可逆相变特性的材料, 在光器件及信息技术中有非常广泛的应用。分别采用太赫兹频段的光谱测量技术和阵列成像技术研究分析了硅基二氧化钒材料的相变过程。采用傅里叶变换光谱测量系统, 获得了整个样品在 2.5~20.0 THz频段透射谱和反射谱随温度的变化, 分析得到了硅基二氧化钒材料相变的温度范围为 334~341 K, 对应温差为 7K; 得到了相变前后样品对 4.3 THz辐射的透过率变化达 40%以上, 反射率变化接近 30%。随后采用一套 4.3 THz的阵列成像系统, 测量了整个样品在相变前后的太赫兹图像, 获得了该材料由金属态转变为绝缘态时, 其对 4.3 THz激光信号的透过率由 6.7%升至 50.7%, 透过率变化达 44%, 与傅里叶变换光谱在 4.3 THz处的测量结果相当。上述研究结果为硅基二氧化钒材料用于 2.5 THz以上电磁辐射的透射调制和反射调制提供了很好的实验数据支撑。
太赫兹 硅基二氧化钒 相变材料 傅里叶变换光谱 阵列成像技术 terahertz silicon-based vanadium dioxide phase transition materials Fourier transform spectroscopy array imaging technique 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(12): 1225
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Terahertz Solid-state Technology, Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
A real-time imaging system based on a compact terahertz laser is constructed by employing one off-axis parabolic mirror and one silicon lens. Terahertz imaging of water, water stains, leaf veins, human hairs, and metal wire is demonstrated. An imaging resolution of 68 µm is achieved. The experiments show that this compact and simplified imaging system is suitable for penetration demonstration of terahertz light, water distribution measurement, and imaging analysis of thin samples.
terahertz real-time imaging subwavelength resolution compact laser Chinese Optics Letters
2022, 20(9): 091101
1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所太赫兹固态技术重点实验室，上海 200050
2 中国科学院大学，北京 100049
3 上海理工大学光电信息与计算机学院，上海 200093
太赫兹(THz)波对非极性材料有较好的穿透性，对生物医学组织无电离效应，因而非常适合无损检测、生物医学成像等应用。THz量子阱光电探测器(THz QWPs)具有响应速度快、响应率高、噪声等效功率低、体积小的特点。相较于其他探测器，THz QWPs作为成像系统接收器时，系统具有成像分辨率高、成像速度快、成像信噪比高、结构紧凑等优势。本文综述了基于THz QWPs的成像研究进展，并对成像系统核心指标的影响因素进行了分析和总结。采用更稳定的装置固定THz QWPs，提升器件响应速度、探测灵敏度、阵列规模，可以有效提升系统各项核心性能。
太赫兹 量子阱 光电探测器 成像 terahertz quantum well photodetectors imaging
中国科学院上海微系统与信息技术研究所太赫兹固态技术重点实验室, 上海 200050
量子级联激光器(QCL)是一种基于多量子阱子带间跃迁的单极性半导体激光器,激射频率位于中远红外以及太赫兹(THz)波段。在1~5 THz激射频率范围内,THz QCL是最有效的电泵浦THz辐射源,具有结构紧凑、易集成、输出功率高和转换效率高等优点。本文首先对THz QCL的有源区结构、波导结构以及材料体系进行了简介,然后从有源区方面对极限激射频率、高工作温度、大输出功率等高性能THz QCL进行了梳理,接着从波导结构方面对一维光栅、二维光子结构、超表面结构等THz QCL光子工程研究进展进行了综述。另外对主动稳频THz光频梳、被动稳频THz光频梳、THz双光梳等THz QCL光频梳方面的最新研究成果进行了介绍。
激光器 量子级联激光器 太赫兹 光子工程 光频梳
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Terahertz Solid State Technology, Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China
2 Laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques, Université Paris Diderot and CNRS, UMR 7162, 10 rue A. Domont et L. Duquet, Paris 75205, France
3 e-mail: jccao@mail.sim.ac.cn
We demonstrate the electrical beat note analysis and radio frequency (RF) injection locking of a continuous wave (cw) terahertz quantum cascade laser (QCL) emitting around 3 THz (～100 μm). In free running the beat note frequency of the QCL shows a shift of ～180 MHz with increasing drive current. The beat note, modulation response, injection pulling, and terahertz emission spectral characteristics in the different current regimes I, II, and III are investigated. The results show that in the current regime I close to the laser threshold we obtain a narrower beat note and flat response to the RF modulation at the cavity round trip frequency. The pulling effect and spectral modulation measurements verify that in the current regime I the RF injection locking is more efficient and a robust tool to modulate the mode number and mode frequency of terahertz QCLs.
140.0140 Lasers and laser optics 040.0040 Detectors 350.0350 Other areas of optics 060.0060 Fiber optics and optical communications Chinese Optics Letters
2017, 15(1): 011404
1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所太赫兹固态技术重点实验室, 上海 200050
2 上海科技大学信息科学与技术学院, 上海 201210
以太赫兹(THz)量子级联激光器为光源、低温热辐射计为信号接收端, 采用可旋转和平移的二维扫描平台搭建反射式快速扫描成像系统。通过计算机控制扫描平台进行连续的旋转与平移运动, 实时获取探测信号强度和样品位置信息, 成功实现对直径为80 mm圆形区域的快速扫描成像, 扫描时间为5 s, 图像的平均空间分辨率约为1 mm, 系统成像时间大幅缩短。此外, 成像装置中基于THz分束片的共光路设计, 可有效减少系统光路元件, 进一步缩小成像系统的体积。
成像系统 太赫兹 反射成像 太赫兹量子级联激光器 旋转平移二维扫描 共光路
中国科学院 上海微系统与信息技术研究所，中国科学院太赫兹固态技术重点实验室，上海 200050
太赫兹(THz)实时成像是THz技术中颇具潜力的一个领域，具有成像速度快、成像分辨率高等特点，基于THz量子级联激光器(QCL)的实时成像系统是其中最重要的一种，系统体积小、重量轻、成像信噪比高等特点使其在实际应用中具有独特的优势。本文主要介绍了THz QCL器件及其实时成像系统的研究进展，采用超半球高阻硅透镜改善了THz QCL的输出激光，实现了准高斯光束输出，搭建了基于二维摆镜消干涉技术的THz实时成像系统，单帧成像光斑面积45 mm×30 mm,实现了对刀片、药片的实时成像演示，成像分辨率优于05 mm; 最后对成像系统激光源、成像光路和探测端的改进以及成像效果的改善方面进行了综述，并探讨了THz实时成像系统未来的发展趋势及其在材料分析和生物医学成像方面的应用前景。
太赫兹 实时成像 量子级联激光器 焦平面阵列 Terahertz real-time imaging quantum cascade laser focal plane array
中国科学院 上海微系统与信息技术研究所, 太赫兹固态技术重点实验室, 上海 200050
采用气源分子束外延(GSMBE)生长了低温InGaAs材料，研究了生长温度及As压对InGaAs材料性质的影响，得到优化的生长条件为：生长温度为300 ℃、As压为77.3 kPa。通过Be掺杂，并采用In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As多量子阱结构，将材料的方块电阻提高到1.632×106 Ω/Sq，载流子数密度降低至1.058×1014 cm-3。X射线衍射结果表明：InGaAs多量子阱材料具有较高的晶体质量。这种Be掺杂InGaAs多量子阱材料缺陷密度大且电阻率高，是制作太赫兹光电导天线较理想的基质材料。
低温InGaAs 多量子阱 分子束外延 low-temperature InGaAs InGaAs/InAlAs InGaAs/InAlAs multiple quantum wells molecular beam epitaxy
